تراکم دینامیکی یا Dynamic Compaction

تراکم دینامیکی یا Dynamic Compaction یکی از روش های بهسازی خاک می باشد که به واسطه پرتاب یک وزنه فولادی یا بتنی، تراکم خاک بالا می رود. وزنه ها معمولاً ۵ الی ۴۰ تن وزن دارند و از ارتفاع ۱۰ الی ۴۰ متری رها می گردند. این وزنه ها با الگویی خاص مطابق نقشه های اجرایی بر روی زمین پرتاب می گردند.

روش تراکم دینامیکی برای بهسازی خاک های مسئله دار به وسیله افزایش ظرفیت باربری، کاهش نشست زیر شالوده و کاهش پتانسیل روانگرایی برای ساختمان های مسکونی و اداری، مخازن، بزرگراه ها، خطوط راه آهن، فرودگاه ها و بنادر مورد استفاده قرار می گیرد.

 

 

 

 

 

تاریخچه روش تراکم دینامیکی (DC)

تاریخچه روش تراکم دینامیکی (DC)

 

انداختن وزنه بر روی خاک روشی بسیار قدیمی می باشد، تا حدی که بعضی مفهوم تراکم دینامیکی را به دوران امپراطوری روم نسبت می دهند. با این حال، مطالعاتی در مورد تراکم دینامیکی به معنای اصطلاحی، نخستین بار در سال ۱۹۵۷ توسط آزمایشگاه تحقیقات راه انگلیس انجام گرفت و در سال ۱۹۷۰ مهندس فرانسوی، لوئیس منارد (L.Menard) این روش را با حق انحصاری معرفی کرد. مقاله منتشر شده توسط منارد و برویز در سال ۱۹۷۵ اساس نظری تحکیم خاک های ریزدانه به وسیله کوبش های سنگین را فراهم نمود. این روش در سال ۱۹۷۳ در انگلیس و در سال ۱۹۷۵ در آمریکا گسترش پیدا کرد.

نخستین کاربرد روش تراکم دینامیکی در ایران در اواخر سال ۱۳۵۲ 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 طرح های بزرگ عمرانی در جنوب کشور مورد توجه قرار گرفته است.

 

 

مبانی طراحی روش تراکم دینامیکی (DC)

 

انرژی اعمالی هر ضربه (W.H) مهمترین عامل مؤثر در عمق بهسازی می باشد. مطالعات مختلفی در مورد رابطه بین انرژی و عمق بهسازی انجام گردیده و روابطی ارائه گردیده است. در بین روابط ارائه شده، رابطه تجربی منارد (Menard) بین مهندسین رواج بیشتری دارد:

D=n(W.h)0.5

در رابطه فوق، D عمق بهسازی (متر)، W جرم وزنه (تن)، h ارتفاع کوبش (متر) و n ضریب ثابتی بین ۰/۳ الی ۰/۸ است که تابع جنس، دانه بندی و … خاک می باشد.

 

مراحل اجرای تراکم دینامیکی (DC)

مراحل اجرای تراکم دینامیکی (DC)

 

 

روش اجرای تراکم دینامیکی (DC)

 

  1. آماده نمودن محل به وسیله برداشتن اشیاء اضافی (درخت و …)، مسطح کردن زمین، زهکشی و پر نمودن چاله ها. در صورت وجود سطح آب زیرزمینی در حدود ۲ متری سطح زمین، یا باید زهکشی انجام گیرد و یا خاکریزی شود. اگر خاک سطحی بیش از اندازه ضعیف باشد که توانایی تحمل بار ماشین آلات و ابزار آلات را نداشته باشد، نخست یک سکوی عملیات باید ساخته شود.
  2. در صورت وجود، سازه و یا خطوط حیاتی در نزدیکی محل پروژه، جهت حداقل نمودن ارتعاشات و جابجایی های جانبی، یک ترانشه جداسازی مورد نیاز است. ترانشه باید حداقل ۲ الی ۳ متر عمق  و ۱ متر عرض داشته باشد.
  3. قرار دادن میخ در مرکز نقاط فرود وزنه ها و بررسی ارتفاع زمین.
  4. استقرار تجهیزات و بالا بردن وزنه ۵ الی ۴۰ تنی به ارتفاع ۱۰ الی ۴۰ متری درست بر روی نقطه مورد نظر.
  5. قرائت ارتفاع وزنه بالای نقطه مورد نظر.
  6. وزنه تا ارتفاع مورد نظر بالا رفته و به طور آزاد بر روی سطح زمین رها می گردد. زمانی که وزنه هنوز داخل حفره می باشد ارتفاع بالای وزنه قرائت می گردد. اگر وزنه از حالت شاغول در زمان برخورد با زمین، خارج شده باشد، پس از برداشتن وزنه، کف حفره تراز می گردد.
  7. تا زمانی که تعداد برخوردها روی نقاط برخورد، به مقدار مورد نیاز برسد، مرحله ۶ تکرار می گردد و سپس نوبت به نقطه کوبش بعدی می رسد.
  8. مراحل ۴ تا ۷ تا زمانی که نقاط کوبش برای بار اول کامل شود، تکرار می گردد.
  9. برای تسطیح زمین از بولدوزر استفاده گردیده و تراز زمین اندازه گیری می گردد. اختلاف میان تراز کنونی و تراز قبلی، مقدار نشست ایجاد شده را نشان می دهد.
  10. پس از سپری شدن زمان، بسته به خاک و شرایط تراز آب زیرزمینی، در صورت نیاز مراحل ۳ الی ۸ را تا زمانی که تمام نقاط کوبش برای بار دوم کامل شود، تکرار می گردد.
  11. مرحله اتوکشی برای کل سطح زمین پروژه انجام می گردد.

 

تغییر آرایش ذرات خاک بعد از مراحل مختلف تراکم دینامیکی

تغییر آرایش ذرات خاک بعد از مراحل مختلف تراکم دینامیکی

 

 

کاربردهای روش تراکم دینامیکی (DC)

 

روش تراکم دینامیکی برای تمام انواع خاک های دانه ای قابل استفاده است. نتیجه بهسازی این روش در خاک های زیر مناسب است:

  1. خاک های غیر آلی
  2. خاکریزهای سست و نیمه اشباع
  3. خاک های اشباع با زهکشی آزاد
  4. لای های با نشانه خمیری کمتر از ۸
  5. خاک های رسی با درجه اشباع پایین ( درصد رطوبت کمتر از حد خمیری)
  6. مواد پرکننده غیر همگن
  7. زمین و خاک اصلاح شده (مناطقی که از طریق احیاء اراضی تالاب ها، دریاچه ها یا ساحل ساخته شده اند)
  8. مناطق احیاء شده با مشخصات متغیر
  9. جایی که شبکه های زیرزمینی وجود دارد و یا قطعه ای زیر خاک مدفون شده است
  10. خاک هایی که حفره های هوای بزرگی دارند (مانند زباله های دفن شده و زمینی که با خاک ضعیفی پر شده است)

به طور کلی برای خاک های رسی با نشانه خمیری بالا (بیشتر از ۸) و درجه اشباع بالا، تراکم دینامیکی توصیه نمی شود. البته این روش برای بهسازی خاک های ریزدانه رسی نیز در برخی کشورها استفاده شده است. غالباً زهکشی جهت کاهش فشار آب حفره ای ناشی از تراکم دینامیکی عمیق، مورد نیاز است و زمان انتظار مشخصی نیز برای از بین رفتن فشار آب حفره ای اضافی ضروری است. سطح آب زیرزمینی بالا (حدود ۲ متری سطح زمین) باعث به حداقل رسیدن تأثیر تراکم دینامیکی می شود که تحت چنین شرایطی زهکشی ضروری است. به طور کلی تراکم دینامیکی عمیق زمانی مقرون به صرفه است که مساحت پروژه بیش از ۵۰۰۰ متر مربع باشد.

 

مقایسه روش تراکم دینامیکی و روش های دیگر بهسازی خاک در انواع خاک ها

مقایسه روش تراکم دینامیکی و روش های دیگر بهسازی خاک در انواع خاک ها

 

 

کنترل کیفیت روش تراکم دینامیکی (DC)

 

کنترل کیفیت روش تراکم دینامیکی (DC)

  • پیش از هر کوبش، ارتفاع و نقطه سقوط باید بررسی شود.
  • در حین عملیات کوبش، مشاهده حضوری اهمیت دارد.
  • ممکن است بر اساس کنترل و مشاهدات صورت گرفته، اصلاحاتی نیز انجام گیرد.
  • به طور مثال، اگر یکی از حفره های به وجود آمده، عمق بیشتری نسبت به سایر حفره ها پیدا کند، نشانگر این است که در آن محل خاک ضعیفتر است. در نتیجه باید تمهیدات ویژه ای مانند حفاری و جایگزینی برای بهسازی این نواحی در نظر گرفته شود.
  • اگر کوبش های اضافی برآمدگی های بزرگی اطراف حفره ایجاد نماید، به این معنا است که ضربات بیشتر بی فایده خواهد بود و عملیات کوبش در این ناحیه باید معلق یا قطع گردد.
  • کنترل های معمول صحرایی شامل موارد زیر می باشد:
  1. پیزومتر در داخل خاک های ریزدانه اشباع
  2. شیب سنج جهت شناسایی جابجایی های افقی
  3. شتاب سنج برای ارتعاشات زمین
  • پس از تکمیل عملیات کوبش، آزمایشات صحرایی جهت ارزیابی درجه و عمق بهسازی می بایست انجام گیرد.
  • بنا بر نوع خاک و سطح آب زیر زمینی، برای خاک های درشت دانه ارزیابی صحرایی باید حداقل ۱ تا ۲ هفته و برای خاک های ریزدانه حداقل ۳ الی ۴ هفته بعد از تکمیل عملیات کوبش صورت گیرد.
  • کاوش های صحرایی شامل نمونه گیری برای آزمایش های آزمایشگاهیSPT ، CPT یا PMT می باشد.
  • عمق آزمایش نیز باید پایین تر از عمق طراحی برای بهسازی باشد.
  • آزمایش بارگذاری صفحه استاتیکی نیز ممکن است در پروژه هایی با ابعاد بزرگ اجرا گردد.
  • از آنجایی که PMT و آزمایش بارگذاری صفحه نسبت به تغییر سختی خاک حساس تر از SPT  و CPT هستند، روش های خوبی برای ارضا این هدف می باشند.

 

مزایای روش تراکم دینامیکی (DC)

 

مزایای روش تراکم دینامیکی (DC)

  • تراکم دینامیکی عمیق می تواند مساحت نسبتا بزرگی را در مدت زمان کم با هزینه پایین بهسازی نماید.
  • با استفاده از این روش مصالح سست نیمه اشباع با درصد ریزدانه کمتر از ۱۵ درصد متراکم می گردد.
  • این روش اغلب می تواند مناطق بسیار ضعیف یا سست را در حین اجرای عملیات، شناسایی نماید تا با استفاده از روش هایی چون جایگزینی و … به خوبی بهسازی گردند.
  • تراکم دینامیکی می تواند یک خاک ناهمگن را به یک مصالح متراکم تر، یکنواخت تر و مقاوم تر تبدیل نماید.

تجهیزات اصلی لازم برای این روش، یک دستگاه جرثقیل و یک وزنه می باشد که بسیاری از پیمانکاران دارای این تجهیزات می باشند .

 

معایب روش تراکم دینامیکی (DC)

 

معایب روش تراکم دینامیکی (DC)

  • تراکم دینامیکی عمیق به طور کلی هیچ گونه تأثیری در خاک های رسی اشباع ندارد.
  • تمهیدات ویژه از جمله فراهم نمودن زهکش و زمان انتظار طولانی مدت، جهت استهلاک فشار آب حفره ای اضافی برای این روش باید اتخاذ گردد.
  • ضربه هایی که توسط این روش به خاک وارد می گردد، موجب صدا، ارتعاش و جابجایی های جانبی می شود که ممکن است مشکلاتی را برای ساختمان های اطراف، زیرساخت ها و خطوط حیاتی ایجاد نماید.
  • این روش معمولاً نیازمند ابزاری جهت کنترل ارتعاش، سطح صدا و جابجایی های زمین است.
  • زمانی که از این روش در خاک های رسی اشباع استفاده می شود، پیزومترهایی جهت کنترل ایجاد و اتلاف فشار آب حفره ای مورد نیاز است.
  • سقوط وزنه ممکن است ایجاد گرد و خاک نماید که برای کارگران داخل سایت خطرساز می باشد.

 

 

 

 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

 

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

 

مطالب مرتبط :

آیین نامه های FHWA

Keller , Dynamic compaction