تراکم ارتعاشی (Vibro Compaction) -روشﻫﺎی بهسازی خاک برای مقاله با روانگرایی-
تعریف و تاریخچه روشهای تراکمی
تراکم ارتعاشی یک روش بهسازی زمین است که در آن از وسایل ارتعاشی میله‌ای شکل دارای طراحی خاص برای تراکم درجای ماسه‌ها و شن‌های سست استفاده می شود (شکل-۱).
در ابتدا این فرآیند با کمک فشار آب انجام می شد و از این رو شناور سازی ارتعاشی[۱] نام گرفت.
با پیدایش تجهیزات با توان بالاتر و رواداری بیشتر شدت جریان، انجام تراکم ارتعاشی به صورت خشک امکان پذیر شد. با این وجود، بیشتر پروژه های تراکم ارتعاشی با استفاده از فشار آب (روش تر) انجام می شوند.
ساز و کار تراکم خاک های دانه‌ای غیر چسبنده به کمک وسایل ارتعاشی را می‌توان به صورت خلاصه به این شکل توصیف کرد که ارتعاشات مکانیکی به همراه اعمال همزمان فشار آب تنش های موثر میان ذرات خاک را خنثی می کند. سپس این ذرات تحت اثر جاذبه و به دور از هر گونه قید تنش دیگر در متراکم ترین حالت ممکن باز چیده می شوند و در نتیجه یک تراکم پایدار به وجود می آید. در مجاورت دستگاه ارتعاشی خاک اشباع شده و تحت اثر ارتعاشات به صورت موضعی و موقت روانگرا می شود.
نهشته های طبیعی و مصنوعی زیادی وجود دارند که برای متراکم کردن آنها می توان روش تراکم ارتعاشی را به کار برد که شامل موارد زیر می‌باشند:
خاکریزهای هیدرولیکی دانه‌ای،
رسوبات دشت ساحلی،
رسوبات یخچالی،
خاکهای آبرفتی
خاکریزها با نهشته های دانه‌ای گوناگون
تراکم ارتعاشی این امکان را می‌دهد که از پیهای منفرد با ظرفیت باربری مجاز ۲۴۰-۴۸۰ KPa استفاده شود. همچنین با تراکم ارتعاشی خاکهای دانه‌ای سست می توان پتانسیل روانگرایی را کاهش داد طوری که تا مقادیری بیش از تراکم نسبی آستانه برای شروع روانگرایی متراکم شوند.
در مسایل مربوط به دیوارهای حایل، پیش از ساخت دیوار می توان تراکم ارتعاشی را به منظور کاهش فشار فعال خاک و افزایش مقاومت غیر فعال انجام داد چرا که تراکم نسبی بهبود می یابد. به طور کلی می توان تراکم ارتعاشی را برای دستیابی به نتایج زیر مورد استفاده قرارداد:
افزایش ظرفیت باربری خاک و امکان ساخت پیهای سطحی؛
کاهش نشست پی
افزایش مقاومت در برابر روانگرایی؛
افزایش مقاومت در برابر حرکات برشی؛
کاهش نفوذپذیری؛
افزایش تراکم؛
افزایش مقاومت در برابر فرسایش و حرکت با جریان آب؛
پرشدن حفرات در نواحی بهسازی شده
همانند دیگر روش های بهسازی زمین، تراکم ارتعاشی نیز محدودیت های خاص خود را دارد.
مشخصات خاک بهسازی شده به عوامل زیر بستگی دارد:
نوع خاک محل
دانه بندی آن
فاصله بین نقاط تراکم
مشخصات تجهیزات مورد استفاده
مدت زمان تراکم
تمام عوامل فوق خروجی پروژه را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
مرور کلی و تاریخچه روش
ایده ابتدایی بهسازی زمین با استفاده از تراکم ارتعاشی نخستین بار در آلمان و در اوایل دهه ۳۰ برای تراکم نهشته های ماسه ای طبیعی سست و ناپایدار تا اعماق ۲۰ متر مطرح شد. به منظور توسعه ی یک شهر ساحلی در شمال آلمان از این روش برای تراکم ماسه های زیر سطح آب استفاده شد.
روش های قبلی تراکم نهشته های ماسه ای بیشتر شامل ارتعاش سطحی و غلتک زنی بود. به منظور غلبه بر محدودیت های این روش ها، روش جدیدی ایجاد شد که مطابق آن یک لوله یا میله ی فلزی به همراه یک موتور برقی در انتهای تحتانی آن که یک وزنه ی دارای خروج از مرکزیت را به حرکت در می آورد، به داخل زمین فرو برده می شد. هنگامی که لوله به عمق مورد نظر فرو برده شد، ارتعاشات در داخل زمین منتشر می شدند.
برای کمک به نفوذ وسیله ی ارتعاشی، آب تحت فشار از طریق نوک میله به بیرون فوران می کرد. این روش اجرای اولیه، تحت عنوان شناورسازی ارتعاشی به ثبت رسید.
در سال ۱۹۴۸ اولین پروژه ی تراکم ارتعاشی آمریکا در (Cape May ( NJ انجام شد. در اوایل دهه ی ۷۰ ، تراکم ارتعاشی در بیشتر موارد به عنوان روش برتر تراکم نهشته های عمیق ماسه ای پذیرفته شد. از آن زمان روش تراکم ارتعاشی پیوسته بهبود یافته و برای حل انواع مختلف وسایل ژئوتکنیکی درگیر با خاک های دانه ای سست مورد استفاده قرار گرفته است. کاربردهای این روش از نشست بیش از حد پی تا ظرفیت باربری ناکافی را شامل می‌شوند.
در مسیر تاریخی روش های بهسازی خاک، سیستم های متعددی وجود دارند که به عنوان تراکم ارتعاشی شناخته شده‌اند. این سیستم ها شامل شناورسازی ارتعاشی میله ای Terra، بال ارتعاشی[۲] و تیر ارتعاشی.
واژه شناورسازی ارتعاشی به تراکم با استفاده از یک شناور ارتعاشی [۳] اشاره دارد که بیشتر با به کارگیری ارتعاشات افقی خاک را متراکم می کند؛ در حالی که روش های دیگر تراکم ارتعاشی نظیر میله ی Terra و بال ارتعاشی از یک وسیله ی ارتعاشی قرار گرفته در بالای میله (نظیر شمع کوب) استفاده می کنند که بیشتر با عملکرد ارتعاشات قائم سبب تراکم خاک می شود. این روش ها معمولا نیاز به فاصله نزدیکتر بین نقاط تراکمی داشته و کارآیی کمتری دارند.
نمونه های متعددی از عملکرد مناسب ساختگاه های بهسازی شده با استفاده از روش تراکم ارتعاشی در طی زلزله های گذشته گزارش شده است. در زلزله کوبه، مشاهدات صورت گرفته از ساختگاه هایی که در آنها یکی از روش های تراکم ارتعاشی مورد استفاده قرار گرفته بود، نشان داد که بهسازی زمین یا به طور کلی از وقوع روانگرایی جلوگیری کرده و یا تغییر شکل ها را به مقادیر بسیار کم محدود کرده است، در حالی که در نواحی خارج از ساختگاه های بهسازی شده نشانه های قابل توجهی از وقوع روانگرایی در قالب نشست و جوشش ماسه وجود داشت.
ملاحظات طراحی
مزایا و معایب/ محدودیت ها
مزایا
به عنوان جایگزینی برای پیهای عمیق، روش تراکم ارتعاشی معمولا اقتصادی تر بوده و اغلب منجر به صرفه جویی قابل توجه در زمان می‌شود. با تراکم لایه های بالایی و استفاده از پی های سطحی، بارها می توانند از تراز پی پخش شوند و در نتیجه مشکلات ناشی از لایه های ضعیف پایینی به حداقل برسد. متراکم کردن خاک به روش تراکم ارتعاشی خطر روانگرایی ناشی از بارگذاری لرزه ای را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.
همچنین این روش می تواند یک گزینه ی مقرون به صرفه نسبت به برداشت و جایگزینی خاک های با ظرفیت باربری کم باشد.
استفاده از تراکم ارتعاشی بهسازی خاک های دانه ای تا اعماق بیش از ۳۰ متر را امکان پذیر می سازد. سیستم تراکم ارتعاشی هم در بالای تراز آب زیرزمینی و هم در پایین آن کارایی دارد.
معایب/ محدودیت‌ها
عیب اصلی تراکم ارتعاشی این است که این روش تنها در خاک های غیر چسبنده دانه ای کارآیی دارد. هنگامی که خاک های دانه ای حاوی بیش از ۱۵ درصد لای و ۲ درصد رس باشند، چسبندگی حاصل از آرایش مجدد دانه های ماسه و در نتیجه از تراکم درست و کامل خاک جلوگیری می کند.
ممکن است بیشینه ی عمق بهسازی ۳۰ متر به عنوان یکی از معایب این روش در نظر گرفته شود. اما باید توجه کرد که پروژه های ساختمانی بسیار کمی وجود دارند که نیاز به تراکم خاک تا اعماق بیشتر دارند.
مشابه با دیگر روش های بهسازی خاک، در این روش نیز یک برنامه ی کامل شناسایی خاک زیر سطحی مورد نیاز است.
ممکن است انجام تراکم ارتعاشی نسبت به یک پروژه ی حاوی پی عمیق به تحلیل دقیق تر لایه های خاک نیاز داشته باشد؛ چرا که در روش تراکم ارتعاشی برای دستیابی به نتیجه ی نهایی، در تمام عمق بهسازی از خاک طبیعی استفاده می‌شود. در نتیجه لازم است درک جامعی از کل پروفیل خاک ساختگاه به دست آید.
به منظور بررسی این نکته که آیا خاک ساختگاه برای انجام تراکم ارتعاشی مناسب است یا خیر، یک برنامه ی شناسایی محل شامل انجام آزمون های نفوذ استاندارد پیوسته به همراه تعدادی آزمایش دانه بندی مورد نیاز خواهد بود.
بررسی امکان اجرای روش
دانه بندی خاک محل
همان گونه که در شکل-۲ نشان داده شده است، مناسب بودن یک خاک برای انجام روش های تراکم ارتعاشی بیشتر به دانه بندی آن بستگی دارد.
خاک هایی که منحنی دانه بندی آنها کاملا در سمت درشت دانه ناحیه هاشور خورده قرار می گیرد، با استفاده از وسایل ارتعاشی عمقی به آسانی متراکم می شوند.
چنانچه منحنی دانه بندی روی ناحیه ی هاشور خورده بیفتد، به منظور افزایش برخورد میان وسیله ی ارتعاشی و خاک در حال اصلاح، توصیه می‌شود برای پر کردن حفرات ایجاد شده در طی عملیات تراکم به جای ماسه از سنگریزه استفاده شود.
خاک‌هایی که بخشی از منحنی دانه بندی آنها با تمام آن در سمت ریز دانه ی هاشور خورده قرار بگیرد، با روش تراکم ارتعاشی به راحتی متراکم نمی شوند. هرچند می توان این خاک ها را به کمک روش جایگزینی ارتعاشی[۳] و مطابق با مشخصات فنی ارایه شده در مرجع (۲۰۰۱) .Elias et al بهسازی کرد.
در خاک های غیر چسبنده ای که وزن مخصوص خشک طبیعی آنها کمتر از مقدار بیشینه آن است، تاثیر ارتعاشات، منجر به آرایش مجدد ساختار دانه ها خواهد شد. تحت اثر ارتعاشات وارد، نیروهای بین دانه ای موجود میان ذرات خاک های غیر چسبنده، به طور موقت خنثی می شوند. پس از آن ذرات تحت اثر جاذبه و به دور از هر گونه قید و تنش دیگری در یک حالت متراکم تر بازآرایی می شوند.
نسبت تخلخل و تراکم پذیری خاک اصلاح شده با روش ارتعاشی کاهش و زاویه ی مقاومت برشی آن افزایش خواهد یافت. خاک متراکم شده نسبت به خاک بهسازی نشده قابلیت تحمل فشار تکیه گاهی بیشتر در نشست های یکسان را دارد.برای فشار تکیه گاهی یکسان متحمل نشست های کمتری می شود که این نشست ها معمولا تنها ارتجاعی هستند.
کاهش قابل دست یابی در نسبت تخلخل به شکل دانه ها، ترکیب خاک و شدت ارتعاش بستگی دارد.
با راندن وسیله ارتعاشی به تراز مورد نظر و بیرون کشیدن آن از داخل زمین به یک شیوه ی خاص، خاک های دانه ای تحت اثر نیروهای ناشی از ارتعاشات افقی متراکم می شوند. در نتیجه استوانه ای از خاک متراکم شکل می گیرد که قطر آن توسط عواملی نظیر دانه بندی، وزن مخصوص خاک و مشخصات وسیله ی ارتعاشی تعیین می شود. با چیدن نقاط تراکم در آرایش های مناسب می توان توده های خاک را به شکل همگن متراکم کرد.
افزایش تراکم خاک های دانه ای منجر به حرکت رو به پایین خاک در اطراف وسیله ارتعاشی شده و فرورفتگی مخروطی شکلی را در روی سطح زمین ایجاد می کند. این فرورفتگی باید به طور پیوسته با مصالح پرکننده ی دانه ای پر شود. چنانچه مصالح موجود در ساختگاه مورد استفاده قرار گیرد، سطح طبیعی زمین پایین خواهد آمد.
در روش تراکم ارتعاشی، توده خاک در طی روند متراکم شدن در معرض مقادیر بالای شتاب قرار می گیرد. تکرار این ترازهای کرنش دینامیکی قبلی تحت بارگذاری زلزله غیرمحتمل است. به شرط آنکه در طی یک رخداد لرزه ای معیار زلزله طراحی نقض نشود، می توان انتظار داشت که زمین بهسازی شده همان گونه که طراحی شده است عمل می کند.
تراکم خاک، آن گونه که در روش تراکم ارتعاشی از طریق باز آرایی ذرات خاک به دست می آید، در خاک های ریز دانه چسبنده امکان پذیر نیست. چسبندگی میان ذرات از وقوع بازچینی و تراکم خاک جلوگیری می کند. خاک های چسبنده بسیار ریز دانه و لایه های غیر چسبنده را می توان با استفاده از روش جابجایی ارتعاشی پایدارسازی کرد. شکل -۲ محدوده خاک هایی را که می توان با استفاده از روش های تراکم ارتعاشی و جابجایی ارتعاشی بهسازی کرد، نشان می دهد.
ملاحظات زیست محیطی
اجرای روش خشک تراکم ارتعاشی تنها در خاک های ماسه ای تمیز و کاملا اشباع عملی است. از این رو بخش عمده ای از پروژه های تراکم ارتعاشی در قالب روش تر انجام می شود.
اگرچه روش تراکم ارتعاشی در اصل برای تراکم خاک های دانه ای به کار می رود، اما لازم است جریان خروجی آب تحت فشار شرایط اجرایی مختصری را در خصوص دارا بودن و ته نشین کردن هرگونه لای و رس تامین کند. با توجه به بینش رایج در خصوص مسائل زیست محیطی احتمالی، برنامه شناسایی ژئوتکنیکی علاوه بر طبقه بندی نوع خاک و تعیین تراز آب زیرزمینی، باید شامل بررسی و طبقه بندی هر گونه مواد آلاینده احتمالی در خاک و آب زیرزمینی نیز باشد. چنانچه در طی برنامه شناسایی اولیه، مواد آلاینده ای در خاک شناسایی شود، باید تصمیم گرفت که
آیا می توان با وجود این موارد در ساختگاه عملیات تراکم ارتعاشی را انجام داد یا خیر.
در صورتی که پاسخ منفی باشد، باید یک روش تراکم جایگزین، نظیر روش ستون شنی خشک (جابجایی ارتعاشی[۴])- که جریان خروجی آب تحت فشار تولید نمی کند- مد نظر گرفته شود.
تجهیزات اجرا و مصالح مناسب
تجهیزات
همان گونه که در شکل- ۳ نشان داده شده است، تجهیزات مورد استفاده برای دستیابی به تراکم مورد نیاز شامل وسایل ارتعاشی میله ای شکل پر قدرتی است که قطر آنها از ۰٫۳ تا ۰٫۴۵ متر و طولشان از ۳ تا ۵ متر متغیر است.
مجموعه ای از وزنه های برون محور چرخشی[۵] مستقر در داخل میله بر روی یک محور عمودی نصب شده اند. ارتعاشات القایی در اثر چرخش این وزنه ها در نزدیکی قسمت تحتانی مجموعه تولید می شوند.
همان طور که در شکل-۴ نشان داده شده است، محور دورانی توسط موتوری که در داخل غلاف قرار گرفته است، به حرکت در می آید. کل وسیله ارتعاشی وزنی در حدود ۱۸۰۰ کیلوگرم دارد.
برای به حرکت درآوردن این مجموعه معمولا از یک موتور برقی استفاده می شود. هر چند در برخی موارد از دستگاه های هیدرولیکی نیز استفاده می شود. عامل محرک دستگاه های اولیه موتورهایی با محدوده توان ۲۰ تا ۶۰ کیلو وات بود. اما پیشرفت های نسبتا جدید دستگاه هایی با قابلیت تولید توان ۱۲۰ کیلووات را ارایه داده است.
ارتعاشات ایجاد شده توسط این دستگاه ها در نوک میله آنها تولید شده و در نتیجه دوران وزنه ها، در صفحه افقی رو به خارج دستگاه به صورت شعاعی منتشر می شود. دستگاه های بزرگتری که در حال حاضر برای کاربردهای متداول مورد استفاده قرار می گیرند، نیروی گریز از مرکز بیش از kN 175 را در محدوده بسامدی rpm ۱۵۰۰ – ۳۰۰۰ تولید می کنند.
هر چند در تراکم ارتعاشی، دستگاه های ارتعاشی که در بسامدهای پایین کار می کنند، نسبت به دستگاه های با بسامد عملکردی بالا، معمولا نتایج تراکمی بهتری را تولید می کنند؛ چرا که ارتعاشات با بسامد پایین معمولا دامنه بزرگتری دارند که خود به مفهوم نیروی تراکمی بزرگتر است. به علاوه بسامد طبیعی بیشتر خاک های تراکم پذیر به rpm ۱۵۰۰ نزدیک تر است تا rpm 3000
جدول-۱ مشخصات فنی سه نسل نخست نمونه ای از وسایل ارتعاشی برقی را نشان می دهد. این مشخصات بیانگر روند در حال پیشرفت و بهبود مداوم خروجی موتور، مقدار نیروی گریز از مرکز و افزایش دامنه هستند.
به منظور افزایش طول دستگاه ارتعاشی و فراهم آوردن امکان بهسازی خاک در عمق، لوله های کمکی[۶] با قطری مشابه یا کمتر از قطر دستگاه به آن متصل می شوند. اتصال لوله های کمکی به دستگاه ارتعاشی از طریق یک مفصل جداساز[۷] انجام می شود؛ در نتیجه از انتقال ارتعاشات به سمت بالای لوله های کمکی جلوگیری شده و مشکل اتلاف انرژی در عمق برطرف می شود.
برای نگه داشتن مجموعه دستگاه ارتعاشی در حین عملیات تراکم، بسته به شرایط ساختگاه از یک جرثقیل معمولی (شکل ۵)، جرثقیل زنجیری هیدرولیکی و یا یک جرثقیل نصب شده بر روی بارج (شکل ۶) استفاده می‌شود.
عملیات تراکم ارتعاشی مستلزم استفاده از فشار آب یا هوا به منظور تسهیل نفوذ وسیله ی ارتعاشی و متراکم کردن خاک است. در نتیجه لوله های تغذیه آب یا هوا به همراه پمپ های آب یا هوا از دیگر تجهیزات مورد نیاز در این روش هستند.
مصالح
به منظور دستیابی به تراکم مناسب لازم است مصالح خاکریزی کافی برای پر کردن حفره ایجاد شده در طی عملیات تراکم تامین شود تا به این وسیله ارتعاشات از وسیله ی ارتعاشی به خاک اطراف آن منتقل شود.
ماسه ریز، ماسه درشت، شن گرد گوشه، سنگ شکسته، مصالح دانه ای بازیافتی و سرباره همگی به عنوان مصالح پرکننده مورد استفاده قرار می گیرند.
سرباره این مزیت را دارد که در برخی نقاط ارزان است و به سرعت دیگر مصالح دارای دانه بندی مشابه ته نشین نمی شود.
مصالح درشت دانه حاوی مقدار اندکی ریز دانه یا بدون ریز دانه بهترین نوع مواد پرکننده را شکل می دهند. با این وجود، اگر اندازه ذرات خیلی بزرگ شود، سنگ دانه در فضای حلقوی میان لوله کمکی و حفره گیر کرده و مانع رسیدن مصالح پرکننده به نوک وسیله ارتعاشی می شود.
به نظر می رسد که مناسب بودن مصالح پرکننده برای استفاده در تراکم ارتعاشی تابعی از قابلیت تجمع مصالح در اطراف نوک وسیله ارتعاشی در یک بازه زمانی معین باشد. مهمترین عامل کنترل کننده نرخ ته نشینی مصالح پرکننده در داخل آب شوینده و تجمع آنها در اطراف نوک ارتعاشی دانه بندی این مصالح است.
به منظور قضاوت در خصوص مناسب بودن مصالح پرکننده برای استفاده در تراکم ارتعاشی، یک سیستم درجه بندی بر اساس نرخ ته نشینی مصالح در داخل آب و تجربیات پروژه های قبلی ایجاد شده است. این سیستم طبقه بندی وابسته به یک عدد تناسب[۸] بوده و تابعی از اندازه ی قطر ذرات مصالح پرکننده است. رابطه ی مورد استفاده در این محاسبات به صورت زیر است:
که در آن Dso , Do , Do : اندازه قطر ذرات متناظر با ۵۰، ۲۰ و ۱۰ درصد عبوری (mm).
جدول-۲ گروه های کیفی مصالح پرکننده را با به کارگیری این سیستم طبقه بندی به صورت دقیق تر نشان می دهد. کیفیت مصالح پرکننده روی نرخ مجاز بیرون کشیدن وسیله ارتعاشی اثر می گذارد.
در داخل محدوده قابل قبول، هر چقدر عدد تناسب کمتر باشد مصالح پرکننده سریعتر ته نشین شده و می توان وسیله ارتعاشی را با سرعت بیشتری بیرون کشید و با این حال به تراکم مورد نظر نیز دست یافت. مصالح پرکننده معمولا از ماسه یا مخلوط ماسه و شنی که حاوی کمتر از ۱۰ درصد عبوری از الک شماره ۲۰۰ بوده و فاقد رس باشد تشکیل می شوند.
طراحی
طراحی یک برنامه ی تراکم ارتعاشی با تعریف مساله و مشخص کردن نیازمندی های عملکردی خاک بهسازی شده شروع می‌شود.
بسته به نوع پروژه، موضوع اصلی طراحی می تواند نشست کل یا تفاضلی، ظرفیت باربری و یا الزامی برای مقاومت لرزه ای باشد.
تعریف مساله
راه حل تمام مسایل طراحی را می توان با استفاده از گام های زیر تعیین کرد:
١- تشخیص مساله؛
۲- تعیین راه حل های فنی ممکن؛
۳- تعیین اقتصادی ترین راه حل؛
۴- تهیه طرح ها و مشخصات فنی مناسب.
چنانچه خاک دانه ای سست به عنوان مساله طراحی تشخیص داده شود، آنگاه متراکم کردن آن با روش تراکم ارتعاشی یکی از راه حل های فنی ممکن خواهد بود.
در گام بعد با در نظر گرفتن عوامل موثر بر قیمت پروژه های تراکم ارتعاشی، هزینه ی اجرای این روش برای مساله ی مورد نظر به دست آمده و با هزینه دیگر روش های بهسازی خاک ممکن مقایسه می شود.
ارزیابی اقتصادی روش – های اصلی بهسازی خاک در مرجع (۲۰۰۱) .Elias et al ارایه شده است.
چنانچه روش تراکم ارتعاشی به عنوان روش بهسازی برتر انتخاب شود، برای ادامه ی کار پارامترهای زیر باید تعیین شوند:
دانه بندی خاک محل شامل مقدار لای و رس؛
تراکم نسبی اولیه ی خاک محل (پیش از بهسازی)؛
بهبود مورد نیاز تراکم خاک برای رفع نیازمندی های پروژه و پس از تعیین، بررسی این نکته که آیا این اصلاح امکان پذیر است یا خیر؟
مفاهیم طراحی
خواص مهندسی اصلی یک خاک دانه ای شامل تراکم پذیری، مقاومت برشی، نفوذپذیری و مقاومت در برابر بارگذاری دینامیکی تا حد زیادی به وضعیت تراکم آن خاک بستگی دارند که معمولا در قالب تراکم نسبی بیان می شود.
تراکم نسبی بالا با ظرفیت باربری بالای همراه با نشست کم متناظر است.
در حالت بارگذاری لرزه ای، مقاومت روانگرایی خاک های دانه ای تابعی از تراکم نسبی است. در مسایل مربوط به دیوارهای حایل با افزایش تراکم نسبی فشار محرک کاهش و مقاومت غیر محرک افزایش می یابد.
با اجرای عملیات تراکم ارتعاشی زاویه اصطکاک داخلی به طور متوسط بین ۵ تا ۱۰ درجه افزایش می یابد که منجر به مقاومت برشی بسیار بیشتری می‌شود. ضریب تراکم پذیری افزایش یافته و در نتیجه نشست تا حد زیادی کاهش می یابد.
برای یک تراکم نسبی مشخص، سطح تاثیر هریک از نقاط تراکمی علاوه بر دانه بندی خاک به روش تراکم مورد استفاده و مشخصات خاص وسیله ارتعاشی نیز بستگی دارد. شکل (۷) رابطه ی میان تراکم نسبی، نوع خاک و سطح بهسازی را نشان می دهد.
علت قرار دادن مرز بالایی برای تراکم نسبی این است که حتی در حالت بارگذاری شدید بسیار بعید و غیر محتمل است که نیاز باشد به تراکم نسبی بیشتر از ۸۵ درصد دست پیدا کنیم. همچنین تراکم نسبی ۵۵ درصد به عنوان مرز پایینی رابطه در نظر گرفته شده است. در حالی که معمولا از آزمون های محلی برای نهایی کردن طرح استفاده می شود، شکل (۷) را می توان برای تعیین فواصل اولیهی نقاط تراکمی به کار برد.
شکل (۸) نموداری را نشان می دهد که در تخمین تراز بهسازی محتمل قابل دستیابی به وسیله ی تراکم ارتعاشی مفید است.
این نمودار براساس مرز پایینی دانه بندی خاک نشان داده شده در شکل (۷) یعنی ماسه ی لایدار به دست آمده است. با استفاده از شکل (۸) می توان نمودارهای مشابهی را برای خاکهای دانه ای درشت تر ارایه داد.
مهندس طراح پروژه مسوول تعیین نیازمندی های پروژه با در نظر گرفتن ضریب اطمینان مناسب و ارایه بهترین روش برای انجام آزمون های کنترل کیفیت است. در بیشتر پروژه های تراکم ارتعاشی، معیارهای عملکردی زیر باید در نظر گرفته شود:
تراکم نسبی ۶۰ درصد برای دال های کف و مخازن با کف مسلح؛
تراکم نسبی ۷۰ درصد برای پی ستونها؛
تراکم نسبی ۸۰ درصد برای پی ماشین آلات و پی های گسترده
فاصله و آرایش نقاط متراکم
به طور معمول یک برنامه ی تراکم ارتعاشی با فواصل و الگوهای مختلف نقاط تراکم طراحی می شود. فاصله ی میان نقاط تراکم، یک عامل بحرانی و تعیین کننده است چرا که به طور کلی با افزایش فاصله از نقطه تراکمی، تغییرات ایجاد شده در تراکم خاک کاهش می یابد.
شعاع تاثیر یک نقطه تراکمی منفرد در ماسه های تمیز از حدود ۰٫۹ متر برای دستگاهی با توان ۲۲ کیلو وات تا حدود ۱۳۵ متر برای دستگاهی با توان ۷۵ کیلو وات تغییر می کند.
آرایش سطحی نقاط تراکمی نیز روند متراکم شدن خاک را تحت تاثیر قرار می‌دهد. معمولا برای متراکم کردن نواحی بزرگ از الگویی به شکل مثلث متساوی الاضلاع استفاده می شود؛ چرا که بیشترین کارایی را دارد. استفاده از الگوی مربعی به جای الگوی مثلثی برای دستیابی به تراکمی مشابه در نواحی بزرگ، تعداد نقاط تراکمی را بین ۵ تا ۸ درصد افزایش می‌دهد.
با معلوم بودن دانه بندی خاک محل و تراکم نسبی مورد نیاز طراحی می توان فاصله بین نقاط تراکم را تعیین کرد. شکل-۱۰ نمونه ای از آرایش سطحی و فاصله نقاط تراکمی را برای دستیابی به تراکم نسبی ۸۰ درصد نشان می‌دهد.
جدول-۳ تعداد نقاط تراکم ارتعاشی مورد نیاز برای دستیابی به تراکم نسبی ۸۰ درصد را متناظر با مقادیر معلوم بار ستون و ابعاد پی منفرد نشان می دهد.
با فرض تراکم نسبی ۸۰% به عنوان نیاز طراحی، فاصله بندی نقاط تراکم ارتعاشی می تواند به طور نمونه به صورت نشان داده شده در شکل-۱۱ باشد.
هنگامی که نیاز طراحی دستیابی به مقادیر کم تر تراکم نسبی را ایجاب کند، فاصله بین نقاط تراکم ارتعاشی بیشتر خواهد شد.
فاصله بندی نقاط تراکم ارتعاشی برای پیهای دیواری می تواند به طور نمونه به صورت نشان داده شده در شکل-۱۲ باشد.
نیازمندی های عملکردی
تمام نیازمندی های عملکردی نظیر نشست کل یا تفاضلی، ظرفیت باربری و مقاومت در برابر روانگرایی را می توان به مقدار مورد نظر تراکم نسبی درجا مرتبط کرد.
معمولا پس از آنکه عملیات تراکم به پایان رسید، به منظور کنترل تطابق قراردادی و بررسی عملکرد مناسب خاک متراکم شده تحت اثر بارها و رویدادهای مورد انتظار، کارآیی و راندمان تراکم مورد ارزیابی قرار می گیرد.
به این منظور روشهای آزمایشی متعددی نظیر آزمون نفوذ استاندارد، آزمون نفوذ مخروط و سرعت موج برشی مورد استفاده قرار گرفته اند.
پس از اجرای عملیات تراکم ارتعاشی میزان بهبود مقاومت روانگرایی را می توان با استفاده از مقادیر عدد نفوذ استاندارد، مقاومت نوک مخروط و با اندازه گیری های در جای سرعت موج برشی متناظر با کرنش های کوچک که همگی با تنش برشی تناوبی همبسته شده اند، ارزیابی کرد.
به طور معمول خاک های دانه ای تمیز با سرعت موج برشی بیشتر از ۲۰۰ m/s صرف نظر از میزان تنش برشی تناوبی روانگرا نخواهند شد.
۱- Vibroflotation
۲- Vibro-Wing
۳- Vibroflot
۴- Vibro-replacement
۵- Vibro-displacement
۶- Rotating eccentric weights
۷- Extension tube
۸- Isolation coupling
۹- Suitability number
