برگشت به بالا

شرکت ابــــرنـــد

تراکم دینامیکی چیست؟

 

تراکم دینامیکی خاک یک تکنیک بهسازی خاک است که در آن به واسطه سقوط یک وزنه، خاک متراکم می شود. این وزنه که معمولاً از فولاد ساخته می شود، توسط یک جرثقیل بلند شده و روی سطح زمین پرتاب می شود. ارتعاشات ناشی از سقوط وزنه به زیر سطح زمین انتقال می یابد و به همین طریق سبب تراکم خاک در لایه های عمیق تر و نهایتاً بهسازی خاک می شود. مکان هایی که قرار است سقوط وزنه در آنها رخ دهد، معمولاً به صورت یک الگوی شبکه ای هستند. شرایط سطح زیرین، بارگذاری و هندسه فونداسیون از عوامل اثرگذار در تعیین فاصله الگوی شبکه محسوب می شوند.

تراکم دینامیکی خاک از اثر دینامیکی ضربات پر انرژی که در اثر سقوط وزنه فولادی ایجاد می شود، بهره می برد. این وزنه های فولادی بزرگ، وزنی برابر با ۱۵ تا ۴۰ تن دارند و از ارتفاع ۱۰ تا ۳۰ متر به سمت زمین رها می شوند. هدف واقعی از این تکنیک انتقال امواجی با انرژی بالا از طریق یک لایه خاک متراکم برای بهبود خواص ژئوتکنیکی خاک در عمق های بیشتر است.

تاریخچه تراکم دینامیکی

 

اگر چه قرنهاست که از انداختن وزنه بر روی خاک استفاده می شود. اما نخستین بار آزمایشگاه تحقیقات راه انگلیس، پژوهش هایی در سال 1957 انجام داد. روش تراکم دینامیکی مجددا توسط L.Menard فرانسوی در حدود سال 1970 در فرانسه با حق انحصاری به این حرفه معرفی شد. توسعه و ساخت جرثقیل های بزرگ، گسترش روش تراکم دینامیکی را در سال 1970 در فرانسه و متعاقبا در سال 1973 در بریتانیا و در سال 1975 در آمریکا در پی داشت.
نخستین کاربرد روش تراکم دینامیکی در ایران در اواخر سال 1352 و به منظور بهسازی زمینی در منطقه شهریار در جنوب غربی شهر تهران گزارش شده است. استفاده از روش تراکم دینامیکی به ویژه در دهه هفتاد و مقارن با گسترش طرحهای بزرگ عمرانی در جنوب کشور مورد توجه قرار گرفت.

مراحل اجرای تراکم دینامیکی

روش تراكم ديناميكي شامل استفاده از يک وزنه (يا چكش) سنگين است كه به طور متناوب توسط کابلی بالا برده شده و برای ضربه زدن به زمین رها می شود. وزن چکش معمولا بین 5 تا 30 تن و ارتفاع سقوط آن در حدود 12 تا 30 متر می باشد. بدیهی است که وزن و ارتفاع سقوط چکش، تعداد ضربات در هر نقطه و آرایش نقاط مورد نظر، تابعی از مشخصات زمین و طرح مورد نظر خواهد بود.
اگر از كوبه هاي با اندازه و ارتفاع سقوط مختلف استفاده شود، ميزان انرژي اعمال شده برابر مجموع انرژي ها خواهد بود .در ابتدا بيشترين ميزان انرژي با يک كوبه سنگين و ارتفاع سقوط زياد وارد مي شود .استفاده از تراز انرژي بالا موجب ايجاد فروچاله هايي با عمق 1 تا 2 متر مي گردد كه پس از تراز نمودن زمين يک لايه سطحي سست شده را ايجاد مي كند. اين لايه ضعيف شده نيز با استفاده از يک مرحله اتوكشي با يک كوبه كوچک تر و ارتفاع سقوط كمتر متراكم مي گردد. انرژي كل اعمال شده برابر با مجموع انرژي اعمال شده در مرحله اول به اضافه مرحله اتوكشي مي باشد.

شرایط مطلوب خاک برای تراکم دینامیکی

روش تراکم دینامیکی خاک برای تمام انواع خاک های دانه ای قابل استفاده است. این تکنیک به خوبی در خاک های زیر به کار گرفته می شود:
۱ . غیر آلی
۲ . مواد پرکننده غیر همگن
۳ . زمین و خاک اصلاح شده (مناطقی که از طریق احیاء اراضی تالاب ها، دریاچه ها یا ساحل ساخته شده اند)
۴ . مناطق احیاء شده با مشخصات متغیر
۵ . جایی که شبکه های زیرزمینی وجود دارد و یا قطعه ای زیر خاک مدفون شده است.
خاک هایی که حفره های هوای بزرگی دارند (مانند زباله های دفن شده و زمینی که با خاک ضعیفی پر شده است)
در جدول ۱ قابلیت بهسازی مصالح مختلف به روش تراکم دینامیکی خاک با توجه به نفوذپذیری آنها بر اساس مطالعات Lukas در سال ۱۹۹۵ آورده شده است.

روش تراکم دینامیکی خاک هم در خاک های اشباع و هم در خاک های غیراشباع مؤثر است. به طور معمول این تکنیک نباید در ۱۵ متری شبکه های زیرزمینی و ۳۰ متری ساختمان های موجود انجام شود. جرثقیل های ۸۰ تا ۱۲۰ تنی به طور خاص برای این کار طراحی شده اند.

فاصله بین نقاطی که ضربه وارد می شود به موارد زیر بستگی دارد:
۱ . عمق لایه تراکم پذیر
۲ . نفوذپذیری خاک
۳ . سطح آب های زیرزمینی
لایه های عمیق تر با فواصل بیشتر و لایه های بالاتر با فواصل کمتر متراکم می شوند. اثر فوری ناشی از این تکنیک بسیار مهم است زیرا باعث کاهش سریع مقدار تخلخل اندازه گیری شده در نشست پس از ضربه می گردد. افزایش فشار منفذی و روانگرایی موضعی در برخی از خاک های اشباع، باعث کندی روند بهسازی خاک می گردد. فشار منفذی در طی دوره استراحت حذف می شود. همین موضوع موجب ایجاد خاکی بهبود یافته به دلیل تشکیل ساختار مجدد خاک می شود.

مزایای روش تراکم دینامیکی خاک
برخی از مزایای بهسازی خاک به روش تراکم دینامیکی به شرح زیر است:
۱ . متراکم سازی مناطق بزرگی که با خاک های دانه ای سست پر شده اند.
۲ . کاهش حجم ضایعات در محل دفن زباله
۳ . افزایش تراکم و کاهش حفره ها
۴ . افزایش ظرفیت باربری
۵ . کاهش نشست های پس از ساخت و ساز
برخی از کاربردهای روش تراکم دینامیکی خاک به شرح زیر است:
۱ . بنادر و فرودگاه ها
۲ . انبارهای ذخیره بارهای سنگین
۳ . مناطق دفن زباله

شکل ۴- تراکم دینامیکی با انرژی بالا
تراکم دینامیکی با انرژی بالا
هنگامی که لازم باشد خاک بیش از ۱۰ تا ۱۲ متر در عمق متراکم شود، می توان از تراکم دینامیکی با انرژی بالا استفاده نمود. در این تکنیک از تجهیزاتی استفاده می شود که شامل وزنه های سقوط آزادی است که نیازمند سیستم ویژه رهاسازی وزنه با استفاده از گیره های هیدرولیکی برای جلوگیری از استهلاک و اصطکاک کابل و همچنین قلاب های بالابر سیکلی است.
عوامل محدود کننده روش تراکم دینامیکی خاک
محدودیت های محل پروژه ممکن است موجب تغییراتی در روش تراکم دینامیکی و یا انجام کارهای اضافی جهت جبران آنها گردند. این محدودیت ها بایستی در مطالعات اولیه جهت تعیین اثرات آنها بر هزینه و زمان پروژه مورد بررسی قرار گیرند.
۱ . ارتعاش زمین
ضربه ناشی از برخورد کوبه به زمین موجب ارتعاش سطح زمین گردیده و ارتعاشات حاصل به اطراف منتقل می شوند. با افزایش وزن کوبه و ارتفاع سقوط، دامنه ارتعاشات نیز بزرگتر می شوند. اگر در محل اجرای عملیات تراکم دینامیکی، سازه یا تاسیساتی موجود باشند، ممکن است تحت تاثیر ارتعاشات به وجود آمده خساراتی به آنها وارد شود. همچنین وجود یک لایه ماسه متراکم، شن یا سنگ بلافاصله در زیر لایه متراکم شونده موجب انتقال ارتعاشات تا فواصل بیشتر می شود و در این شرایط بایستی بررسی های دقیقی جهت تعیین اثر این لایه ها بر روی ارتعاشات حاصله انجام شود. همچنین بایستی توجه شود که با متراکم تر شدن خاک در طول انجام عملیات تراکم دینامیکی و به خصوص در مراحل آخر، میزان ارتعاشات حاصله افزایش خواهند یافت.
در صورتی که ارتعاشات حاصل از حد مجاز بیشتر باشند، سه روش اصلی جهت کاهش آنها وجود دارد. روش اول کاهش ارتفاع سقوط کوبه و افزایش تعداد ضربات در هر نقطه است. روش دوم کاهش وزن کوبه و روش سوم حفر یک کانال با عمق کافی جهت قطع کردن امواج سطحی است.
۲ . آلودگی صوتی
برخورد کوبه به زمین علاوه بر ارتعاشات، موجب تولید صدا نیز می گردد. صدای تولید شده در محل اعمال ضربه معمولا در حدود ۱۱۵ تا ۱۲۳ دسی بل می باشد، اما از نظر زمانی تنها حدود یک درصد از زمان تراکم دینامیکی را به خود اختصاص می دهد. محدوده بسیار پایین تری از صداهای تولید شده نیز در زمان برداشتن و حمل کوبه و سایر عملیات تولید می شود که با صدای ناشی از برخورد کوبه به زمین ترکیب شده و معمولا در فواصل ۵۳ متر از محل انجام کوبش معیارهای محیط زیستی را برآورده می کنند.
۳ . جابجایی های جانبی زمین
پس از اعمال ضربه جابجایی جانبی در زمین ایجاد می شود. متاسفانه هنوز روشی مدون جهت پیش بینی این جابجایی ها وجود نداشته و قضاوت ها بر پایه تجربیات گزارش شده، صورت می گیرد. در صورت استفاده از کوبه های سبک تر و ارتفاع سقوط کمتر جابجایی های کمتری به وجود خواهد آمد.
۴ . بالا بودن تراز آب زیرزمینی
آب های زیرزمینی که تراز آنها کمتر از ۲ متر زیر تراز زمین محل اجرای عملیات تراکم دینامیکی باشد، اغلب موجب به وجود آمدن مشکلاتی می گردند. در حین اعمال ضربات، عمق فروچاله ها معمولا در محدوده ۰/۶ تا ۱/۲ متر بوده و فشار آب حفره ای زیادی که در توده خاک تولید می شود، معمولا موجب بالا آمدن سطح آب زیرزمینی خواهد شد. وارد شدن ضربات بیشتر می تواند موجب اختلاط داخلی آب و خاک و به دنبال آن نرم شدگی ناحیه بالایی توده خاک شود.
۵ . وجود لایه های سخت یا نرم
عمق تاثیر تراکم دینامیکی می تواند تحت تاثیر وجود یک لایه سطحی سخت در بالای یک نهشته ضعیف و یا وجود یک لایه نرم و تراکم پذیر در میان یک نهشته سخت تر قرار گیرد. اگر لایه سخت نسبتا ضخیم در اعماق فوقانی وجود داشته باشد (۱ تا ۲ متر)، انرژی ضربه می تواند در میان این لایه توزیع شده و با شدت بسیار کمتری به لایه ضعیف پایین منتقل شود و در نتیجه موجب کاهش عمق تاثیر و درجه اصلاح خاک گردد. لایه های سخت شده ضخیم بایستی قبل از انجام تراکم دینامیکی برداشته شده یا ضعیف گردند تا انرژی به لایه های پایین تر منتقل گردد. اگر این لایه سخت شده نسبتا نازک باشد، احتمالا کوبه به درون این لایه نفوذ کرده و انرژی کافی را به لایه های پایین تر منتقل می کند. لایه های نرم جاذب انرژی در سطح زمین را می توان حفاری کرد و یا با افزودن خاک های دانه ای که در اثر اعمال ضربه به درون خاک نرم نفوذ می کنند تثبیت نمود. رس های نرم یا نهشته های آلی در عمق و در میان تشکیلات می توانند انرژی تراکم دینامیکی را جذب نمایند. در این حالت انرژی بسیار کمی به زیر این لایه ها منتقل شده و در نتیجه لایه های پایین تر به میزان مطلوب متراکم نمی گردند.
۶ . محدودیت عمق تاثیر
عمق تاثیر تراکم دینامیکی خاک تابعی از وزن کوبه و ارتفاع سقوط می باشد. با استفاده از کوبه هایی با وزن ۱۸ تا ۲۲ تن و ارتفاع سقوط ۲۳ تا ۳۳ متر، حداکثر عمق تاثیر در محدوده ۶ تا ۱۲ متر خواهد بود. برای اصلاح خاک در اعماق بزرگ تر از ۶ تا ۱۲ متر باید از روش تراکم در ترکیب با سایر روش ها استفاده شود.
ملاحظات طراحی
جزییات طرح تراکم دینامیکی منطقه مورد نظر با توجه به مشخصات زمین محل پروژه، مشخص می گردد. این جزئیات عبارتند از:
۱ . انتخاب وزن کوبه و ارتفاع سقوط برای دستیابی به عمق تاثیر مورد نظر
۲ . تعیین میزان انرژی مورد نیاز جهت رسیدن به میزان اصلاح مورد نظر
۳ . تعیین محدوده گسترش عملیات تراکم دینامیکی
۴ . تعیین فواصل بین نقاط اعمال ضربه و تعداد ضربات
۵ . تعیین تعداد مراحل اعمال ضربه
۶ . بررسی نیاز به لایه پایدارساز سطحی

شرکت ابــرنـد

General Crop

شرکتابرند(سهامی خاص)با تکیه بر دانش فنی و سوابق مدیران خود در مهندسی و ساخت پروژه ­های عمرانی و با هدف توسعه و گسترش فناوری نوین و تکنیک­های روز دنیا در زمینه مدیریت، طراحی، ساخت و اجرای پروژه ­های عمرانی شكل گرفته است. اين شرکت با برخورداري از نيروهاي مجرب، خلاق و نوآور، با تكيه بر تخصص و صداقت در كار و بهره گيري از آخرين دستاوردهاي علمي و اجرایی درصدد ارائه خدمات مهندسي در گستره وسيعي از زمينه­هاي مهندسي عمران مي­باشد.