En
Arخطا ها و محدودیت ها و مزایای مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
نیروهای حجمی ناشی از گرانش نقش بسیار مهمی در مسائل مهندسی ژئوتکنیک ایفا می کنند. زمانی که مطالعه جهت بررسی رفتار سازه های واقعی توسط مدل های مقیاس شده صورت می پذیرد، مدل سازی نیروهای حجمی در محیط معمولی تحت شتاب ثقل زمین (g) غیر ممکن خواهد بود. بنابراین، در این حالت بسیاری از پدیده های ژئوتکنیکی قابل بازآفرینی در چنین مدل های آزمایشگاهی نخواهند بود. امروزه غلبه بر این چالش با به کارگیری روش مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی ممکن گردیده است. به گونه ای که در حال حاضر بسیاری از تحقیقات آزمایشگاهی در زمینه مهندسی ژئوتکنیک با بهره گیری از این روش در حال انجام می باشد که لزوم مطالعه، بررسی و آشنایی مهندسان، پژوهشگران و محققان با خطا ها و محدودیت ها و مزایای این نوع از روش های مدل سازی بیشتر می گردد. بنابراین جهت استفاده از روش مدل سازی فیزیکی با دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، می بایست نسبت به خطا ها و محدودیت ها و مزایای این روش، آگاهی کامل داشت تا با توجه به آنها، فرآیند مدل سازی و انجام آزمایش جهت بررسی پدیده ژئوتکنیکی مورد نظر اقدام نمود.
مزایا و محدودیت های روش مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
هر روش مدل سازی در کنار نقاط قوت و مزیت های خود، دارای نقاط ضعف و محدودیت هایی نیز می باشد که موجب بروز خطا و کاهش دقت نتایج می گردد. دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی با افزایش موضعی شتاب گرانشی توسط دوران تا مقدار N برابر شتاب ثقل زمین، مقدار نیروی وزنی مدل با مقیاس N/1 را افزایش می دهد. همچنین در مدل سازی سانتریفیوژ، با کاهش در اندازه مدل، صرفه جویی در زمان آزمایش بیشتر می شود. غالباً گفته می شود که آزمایش های سانتریفیوژ می توانند این امکان را به ما بدهند که در مقایسه با انجام آزمایش های بزرگ تحت میدان گرانش زمین، در هزینه های آزمایشگاهی صرفه جویی بیشتری انجام دهیم.
خطا های روش مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
هر روش مدل سازی در کنار نقاط قوت خود، دارای نقاط ضعف و مشکلاتی هست که موجب بروز خطا و کاهش دقت نتایج می گردد. لذا به منظور افزایش دقت نتایج به دست آمده از مدل آزمایشگاهی، لازم است منابع خطا شناسایی شده و تدابیر مناسب در خصوص آنها اتخاذ گردد. در ادامه نوشتار حاضر، مهمترین منابع خطا معرفی شده و اثر آنها در نتایج مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی مورد بررسی قرار می گیرد.
1) خطای تغییر شتاب ناشی از تغییر شعاع (میدان شتاب غیریکنواخت)
بزرگی قابل توجه شعاع کره زمین نسبت به ابعاد سازه ها و اعماق لایه های خاک موجب می گردد شتاب گرانشی زمین در کل عمق و برای کلیه لایه های خاک، ثابت باشد. اما در شرایط مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، با توجه به کوچک شدن ابعاد و شعاع گردش بسیار محدود، شتاب سانتریفیوژ (شتاب شعاعی) اعمال شده به لایه های مختلف مدل تغییر خواهد کرد. زیرا شعاع دوران r (فاصله از مرکز دوران) ثابت نبوده و به تبع آن، شتاب اعمالی برابر با rω2 در هر نقطه متغیر خواهد بود.
در شکل زیر نمودارهای تغییرات تنش در عمق برای مدل و نمونه واقعی رسم شده اند. همان طورکه مشاهده می گردد توزیع تنش خطی در نمونه واقعی، در مدل دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی به صورت منحنی درآمده است که ناشی از اثر تغییر شعاع می باشد. اگر چه در این شکل برای وضوح بیشتر، نمودار کمی با اغراق ترسیم شده است؛ اما تنها در یک نقطه، مقدار تنش در مدل و نمونه واقعی بر هم منطبق بوده و در بالای آن، نتایج مدل دست پایین و در پایین آن نقطه، نتایج مدل دست بالا خواهد بود. نقاطی که تنش مدل از نمونه اصلی کمتر است، زیرتنش و نقاطی که تنش مدل از نمونه اصلی بزرگتر است، بالاتنش نامیده می شوند.
2) خطای ناشی از اندازه ذرات خاک
از جمله مسائل مطرح در مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، شبیه سازی خاک و تغییر اندازه ذرات آن است. زیرا اگر بر مبنای ضریب مقیاس مربوطه عمل گردد، لازم است اندازه ذرات خاک واقعی نیز در مدل به نسبت N کوچک شود که البته عملاً غیر ممکن است. زیرا ممکن است ذرات درشت دانه ماسه با این کوچک نمایی، در حد اندازه ذرات ریزدانه سیلت و رس و یا ذرات شن در حد اندازه ماسه ریز قرار گیرد که در این حالت رفتار مصالح و منحنی تنش ـ کرنش آن ها به طور کلی متفاوت خواهد شد.
3) خطای ناشی از شتاب ثقل زمین
یکی دیگر از خطاهای مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، وجود شتاب گرانشی زمین در جهت عمود بر میدان اصلی شتاب در مدل آزمایشگاهی است. زیرا در مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، جهت فرضی شتاب ثقل در مدل (Ng) در راستای شعاع چرخش قرار می گیرد؛ در حالی که همچنان شتابg1 زمین در جهت عمود بر شعاع چرخش وجود دارد. این موضوع، موجب بروز خطایی خواهد بود که اثر آن کاملاً معلوم نیست. البته این خطا در شرایطی که ارتفاع مدل در جهت شتاب ثقل زمین زیاد و نیز شعاع مؤثر دستگاه سانتریفیوژ نسبتاً کوچک باشد، بسیار مهم خواهد بود. اقدام مناسب برای مقابله با این پدیده و حداقل کردن آثار سوء آن در نتایج مدل، قرار دادن وقایع مهم مدل در مرکز محدوده مدل داخل سبد دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی می باشد.
4) خطای ناشی از شتاب کریولیس
این نوع خطا در مدل های دینامیکی که نمونه خاک علاوه بر سرعت زاویه ای دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، با سرعتی دیگر نیز حرکت می کند، همچون حرکت زلزله، رخ می دهد. در چنین شرایطی نمونه خاک، شتاب کریولیس را تجربه خواهد کرد. این شتاب، موجب اعمال نیرو و در نتیجه تولید تنش در نمونه خاک خواهد شد.
5) خطای ناشی از یکسان نبودن جهت شتاب ثقل
همان طور که پیش تر بیان شد، به علت بزرگی قابل توجه شعاع کره زمین نسبت به ابعاد سازه ها، شتاب ثقل کره زمین در تمام نقاط به صورت موازی است. اما میدان شتاب در شرایط مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، با توجه به کوچک شدن ابعاد و شعاع گردش بسیار محدود، شعاعی و غیر موازی است. به بیان دیگر، چنانچه آب درون جعبه باشد، سطح آب در حال گردش، شکل استوانه ای به خود می گیرد. تمایل لایه های خاک برای گرفتن چنین شکلی به خود، منشأ ایجاد این خطا می باشد. برای اجتناب از این خطا در مواردی مدل های دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی با لبه های موازی ساخته می شود.
منابع
- معماری، فرزاد، “بررسی رفتار مونوپایل تحت بارگذاری جانبی در خاک کربناته با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی”، پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، شهریور 1398
- معین، بهزاد، “مبانی مدل سازی پدیده های ژئوتکنیکی با دستگاه سانتریفیوژ”، پانزدهمین کنفرانس دانشجویان عمران سراسر کشور، دانشگاه ارومیه، شهریور 1393
- مرادی، محمدعلی، جعفریان، یاسر، “تاریخچه، تئوری و خطاهای مدلسازی در آزمایش های سانتریفیوژ ژئوتکنیکی”، اولین کنفرانس ملی مکانیک خاک و مهندسی پی، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، آذر 1393
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- انواع آزمایش های المانی بررسی رفتار روانگرایی خاک ها Different Types of Element Test for Soil) Liquefaction Assessment)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- تحقیقات محلی در پروژه های ژئوتکنیک دریایی (Offshore geotechnical Site Investigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- معایب و خطاهای آزمایش برش مستقیم Disadvantages of) Direct Shear Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
- مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
- مبانی، تاریخچه و نظریه مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
- قوانین مقیاس و کاربردهای مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
- تئوری، ساز و کار و فرضیات مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
- خطا ها و محدودیت ها و مزایای مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
- مدل سازی عددی تراکم دینامیکی (Numerical Modeling of Dynamic Compaction)
- بررسی دو روش تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق در بهسازی بستر سواحل (DSM & DC)
- مقایسه دو روش تزریق با فشار بالا و اختلاط عمیق در بهسازی خاک (Jet Grouting & DSM)
- بررسی موردی عملکرد ستون های جت گروتینک در بهسازی بستر پی گسترده
- بهسازی خاک به روش میکروپایل یا ریز شمع (Micropile & Underpinning)
- بررسی عملکرد ستون های شنی در بهسازی خاک
- اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing)
- در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
- ژئوتکستایل چیست؟ (?What is a Geotextile)
- ژئوممبران چیست؟ (?what is geomembrane)
- ژئوفوم چیست؟ (What is Geofoam)
- فوم بتن چیست؟ (What is Foam Concrete)
- جی سی ال چیست؟ (?what is GCL)
- استفاده از اعضای مارپیچ در فعالیت های ژئوتکنیکی (Helical Nails & Anchors)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- مطالب مرتبط :
دیدگاهتان را بنویسید