بررسی نسبت پیش تحکیمی رسوبات دریاچه ارومیه به وسیله آزمایشهای CPTu و تحکیم

4 ، سیدشهابالدین یثربی 3 ، محمدرضا نیکودل 2 ، ابراهیم اصغری 1 محمدرضا باغبان گلپسند

چکیده

روشهای تعیین پارامترهای مهندسی خاکهای ریزدانه نرم مانند خاکهای دیگر به دو دسته آزمایشگاهی و صحرائی تقسیم میشوند. روشهای آزمایشگاهی با وجود توسعه روزافزون و تکامل و پیشرفت دستگاههای موجود، به علت احتمال دستخوردگی نمونهها در حین نمونهبرداری، همواره یک عدم اطمینان و شک و تردید در نتایج حاصله را با خود به همراه دارند. بنابراین تعیین دقیقتر پارامترهای مهندسی این گروه از خاکها به وسیله آزمایشات صحرائی مقدور است. آزمایشات صحرائی متعددی برای این منظور وجود دارد که یکی از مناسبترین آنها آزمایش CPTu است. این آزمایش یک آزمایش نفوذسنجی بوده و بسیاری از پارامترهای مهندسی خاکها از طریق آن قابل حصول است. در مطالعه حاضر نسبت پیش- تحکیمی (OCR (رسوبات نرم دریاچه ارومیه در محل ساختگاه میانگذر شهید کلانتری از طریق این آزمایش تعیین شده و مقادیر بدست آمده با نتایج آزمایشات تحکیم انجام شده به وسیله دستگاه ادومتر مقایسه شده است. نتایج بررسیها نشان داده که رسوبات دریاچه ارومیه تا عمق 100 متری پیش تحکیمی چندانی نداشته و نتایج آزمایشات CPTu و تحکیم مقداری پیش تحکیمی نشان میدهند که احتمالاً در اثر فعل و انفعالات شیمیایی میباشند. واژگان کلیدی: نسبت پیش تحکیمی، CPTu ،تحکیم، رسوبات نرم، دریاچه ارومیه.

1 –مقدمه

خاکهای ریزدانه در دنیا گسترش وسیعی دارند. این خاکها که تحت عنوان خاکهای چسبنده نیز شناخته میشوند از نظر مهندسی ژئوتکنیک خصوصیات ویژهای دارند که شناسائی این خصوصیات برای طراحی پروژههای عمرانی در رو یا داخل آنها بسیار مهم است. این خاکها از نظر زمین شناسی در محیطهای رسوبی خاصی تشکیل شده و عوامل محیط رسوبی تأثیرات مهمی در پارامترهای مهندسی آنها دارند. از جمله محیطهای رسوبی که رسوبات ریزدانه در آنها تهنشست پیدا میکنند، محیطهای دریاچهای است. این رسوبات بعد از تشکیل در اثر وزن لایههای بالا تحکیم پیدا کرده و سفت میشوند. در حالتی که فشار تحکیمی یک لایه خاک ریزدانه بیش از فشار لایههای فوقانی موجود باشد، اصطلاحاً لایه پیش تحکیم یافته گفته میشود. میزان پیش تحکیم یافتگی نیز با نسبتی موسوم به نسبت پیش تحکیمی یا OCR ارزیابی میشود. رسوبات دریاچه ارومیه در محل پل میانگذر در طی مطالعات ژئوتکنیک طرح تا عمق 100 متری با حفر گمانه و مغزهگیری و همچنین انجام آزمایشات CPTu مورد کاوش قرار گرفته که در این مقاله نسبت پیش تحکیمی رسوبات مزبور بر اساس نتایج آزمایشات CPTu و تحکیم انجام شده بر روی نمونههای دستنخورده مورد بررسی قرار گرفته است.

2 -زمینشناسی دریاچه ارومیه

دریاچه ارومیه در شمال غربی ایران و بین استانهای آذربایجان شرقی و غربی واقع شده است. این دریاچه وسعتی بین 5000 تا 6000 کیلومتر مربع دارد. طول آن حدود 140 کیلومتر در راستای تقریباً شمالی- جنوبی و عرض آن در باریکترین محل حدود 15 کیلومتر و در عریضترین قسمت 60 کیلومتر است. ارتفاع سطح آب دریاچه از دریاهای آزاد 1290 متر است. در باریکترین قسمت دریاچه با خاکریزی و ساخت پل، بزرگراهی ساخته میشود که مسافت مراکز دو استان یعنی شهرهای تبریز و ارومیه به مقدار زیادی کاهش مییابد. طول این بزرگراه یا میانگذر حدود 15 کیلومتر بوده و حدود 1400 متر از آن را پل تشکیل میدهد که هم اکنون در حال ساخت است. در شکل (1 (موقعیت میانگذر دریاچه ارومیه در عکس ماهوارهای منطقه نشان داده شده است.

مجموعهای از سنگهای آذرین، دگرگونی و رسوبی با سن پرکامبرین تا عهد حاضر در پیرامون دریاچه ارومیه برونزد دارند. صرفنظر از تفاوتهایی که بین بخش شرقی و غربی دریاچه موجود است، توالی نسبتاً کاملی (به استثنای چند نبود چینهای) از نهشتههای مختلف زمین شناسی در اطراف دریاچه ارومیه دیده میشود که اکثر آنها با سازندهای موجود در کوههای البزر قابل مقایسه می باشند[3 .[در مورد پیسنگ دریاچه و عمق رسوبات آن نظرات مختلفی وجود دارد. در قسمتهایی که نزدیک به سواحل بوده و ضخامت رسوبات کم بوده، با حفاری به سنگ کف برخورد شده و نوع آن را اگلومرا گزارش کردهاند. بر اساس مطالعات ژئوفیزیکی انجام شده ضخامت رسوبات در محدوده میانگذر دریاچه ارومیه تا 200 متر میرسد[6 .[یکی از مسائل تعیین کننده در مورد این دریاچه شوری آن است. آب دریاچه از دیدگاه تقسیم بندی آبها در رده بسیار شور (saline Hyper ( و از دسته کلرید سدیم سولفات قرار دارد. معمولاً غلظت آن 300 گرم در لیتر و وزن مخصوص آب بین 15/1 تا 20/1 گرم بر سانتی متر مکعب در نوسان است[4[

در محل پل میانگذر دریاچه ارومیه 8 گمانه CPTu و 4 گمانه مغزه گیری مطابق شکل (2 (حفر شده است. بر اساس نتایج حفاریهای انجام شده در محل پل میانگذر، جنس لایهها تا عمق 100 متری رسی و سیلتی رسی نرم تا متوسط با میان لایههای نازک ماسهای نعیین شدهاست. مقطع زمینشناسی این محدوده در شکل (3 (نشان داده شده است.

CPTu آزمایشات- 3

آزمایش CPTu که نوع مجهز به اندازه گیری فشار آب منفذی آزمایش CPT است، یکی از آزمایشات صحرائی مناسب برای بررسی لایههای ریز دانه اشباع است. این آزمایش در واقع یک آزمایش نفوذسنجی بوده و برای سنجش مقاومت لایههای خاک ابداع گردیده ولی به مرور زمان ساختمان آن کاملتر شده و پارامترهای مهندسی دیگر خاک بر اساس نتایج این آزمایش و روابط تجربی موجود قابل برآورد است[7 .[مخروط نفوذ مورد استفاده در این آزمایش طولی معادل 50 سانتی متر و قطری برابر 6/3 سانتی متر، زاویه نوک مخروط 60 درجه و سطح مقطع آن 10 سانتی متر مربع است. این مخروط با سرعت ثابت 2 سانتیمتر در ثانیه و توسط یک نیروی استاتیکی (مانند جک هیدرولیکی) به درون خاک فشار داده شده و در آن فرو میرود و اطلاعات شامل مقاومت نوک، مقاومت پوسته و فشار آب منفذی همزمان به صورت الکتریکی ثبت میشود. درشکل (4 (مخروط مورد استفاده در این مطالعات نشان داده شده است. برای انجام آزمایش استانداردهای مختلفی ارائه شده است. آزمایشات انجام شده در دریاچه ارومیه براساس استاندارد 96-D5778 ASTM انجام گرفته است. اطلاعات بیشتر در مورد نتایج آزمایشات CPTu انجام شده در میانگذر دریاچه ارومیه در مراجع [1] ،[2 [و [8[ آمده است.

3-1 -اندازه گیری پارامترها

به طور مستقیم چند داده مهم از این آزمایش به دست میآید که عبارتند از: ) : مقاومتی است که توسط نوک مخروطی در مقابل نفوذ به درون خاک ایجاد میشود و با یکی c مقاومت نوک مخروط ( q از واحدهای تنش(مانند MPa (بیان میشود. مقاومت اصطکاک یا اصطکاک جانبی (fs : (مقاومتی است که در حین نفوذ بین خاک و غلاف اصطکاکی ایجاد میشود. این پارامتر نیز با واحد تنش بیان میشود. نسبت اصطکاکی (Rf :(عبارت است از نسبت اصطکاک جانبی به مقاومت نوک مخروط. این پارامتر بر حسب درصد بیان میشود:

فشار آب منفذی(u :(مقدار فشار آب منفذی موجود در پشت نوک مخروط اندازه گیری میشود. شایان ذکر است که دستگاه مورد استفاده در مطالعات پل میانگذر دریاچه ارومیه قابلیت ثبت مقادیر انحراف از قائم یا کجی وسرعت نفوذ و همچنین عمق نفوذ را نیز دارا بود[8.

تغییرات هرکدام از این پارامترها نسبت به عمق به صورت نموداری ترسیم میشوند و این نمودارها به صورت لحظهای و همزمان با نفوذ مخروط، درصفحه نمایشگر کامپیوتر متصل به مخروط نفوذ قابل مشاهده و ذخیره است. دادههائی که به این ترتیب به دست میآیند داده های خام تلقی میشوند یعنی باید یک سری تصحیحات روی آنها انجام شود تا پارامترهای مهندسی خاک استخراج شود. یکی از این تصحیحات، تصحیح دادهها نسبت به اثر فشار منفذی میباشد.

4 -تعیین نسبت پیش تحکیمی (OCR

نسبت پیش تحکیمی (ratio consolidation Over (به صورت نسبت فشار پیش تحکیمی ( یا فشار موثر حداکثری که در گذشته بر روی خاک بوده است) به فشار سربار موجود (یا فشار موثر روباره که در حال حاضر در روی خاک است) تعریف میشود. باید توجه داشت تنها وزن روباره تعیین کننده نسبت پیشتحکیمی نبوده و عوامل متعددی در این امر دخیل میباشند که برخی از آنها عبارتند از [5

• تغییر در تنش کلی در اثر از بین رفتن فشار روباره، ساختمانهای قبلی و یخبندان

تغییر در فشار آب حفرهای ناشی از تغییر در ارتفاع سفره آب و...

تغییر در ساختمان خاک در اثر تراکم ثانویه

تغییرات محیطی شامل تغییر PH ،حرارت و غلظت نمک

تغییر شیمیائی ناشی از هوازدگی، رسوبگذاری مواد سیمانی کننده، مبادله یونی

تغییر در سرعت تغییرشکل نسبی در بارگذاری

4-1 -تعیین نسبت پیش تحکیمی با آزمایشات CPTu

برای تعیین این پارامتر از نتایج آزمایش CPTu روشهای مختلفی ارائه شده است. در این مقاله از روشی که توسط Lune و همکاران[8 [بر پایه نتایج آزمایش CPTu ارائه شده، استفاده گردیده است. رابطه تجربی آنها به صورت زیر است:

OCR = 0.3Qt

در محل ساختگاه پل به فواصل تقریباً 150 متری، 8 گمانه CPTu تا عمق 100 متری انجام شده است. در شکل (5 ( نمودار تغییرات OCR بر حسب عمق برای چند گمانه محاسبه و ارائه شده است. مشاهده میشود که OCR بین 8/0 تا 2 بدست آمده است.

4-2 -تعیین نسبت پیش تحکیمی به وسیله آزمایش ادومتر

بر روی نمونههای دست نخورده ماخوذه از گمانههای حفاری شده در مجاورت گمانههای CPTu آزمایشات تحکیم انجام شده و OCR تعیین شده است[8 .[در شکل (6 (نمودار تحکیم چند آزمایش نشان داده شده است. مشاهده میشود که OCR نمونهها بین 1 تا 5/1 میباشد.

4-3 -جمع بندی

مقادیر نسبت پیش تحکیمی بدست آمده از CPTu و ادومتر در جدول (1 )ارائه شده است. با توجه به شرایط رسوبات دریاچه ارومیه بنظر نمیرسد که رسوبات دریاچه ارومیه پیشتحکیمی چندانی را متحمل شده باشند، لذا باید آنها را عادی تحکیم یافته در نظر گرفت. البته همان گونه که اشاره شد، فقط تنش روباره موجد نسبت پیش تحکیمی نبوده و عوامل دیگری نیز در این مورد موثرند. با توجه به وجود نمکهای مختلف زیاد در رسوبات دریاچه ارومیه، احتمال بوجود آمدن پیش تحکیمی خفیف در اثر فعل و انفعالات شیمیایی وجود دارد.

جدول (1 )مقایسه نتایج آزمایشات ادومتر و CPTu برای تعیین نسبت پیش تحکیمی

5 -نتیجه گیری

نسبت پیشتحکیمی (OCR (در رسوبات نرم دریاچه ارومیه به دو روش آزمایشگاهی (دستگاه ادومتر) و صحرائی (با استفاده از آزمایش CPTu (اندازه گیری و مقادیر بدست آمده باهم مقایسه شدهاند. با وجود پراکندگی که گاهی در نتایج به چشم میخورد، نتایج این دو نوع آزمایشات تطابق خوبی با یکدیگر دارند

رسوبات دریاچه ارومیه نسبت پیشتحکیمی چندانی را نشان نمیدهند، لذا باید آتها را عادی تحکیم یافته در نظر گرفت. در نتایج آزمایشات نسبت پیش تحکیمی عموماً حدود یک بدست آمده است. البته گاهی نسبت پیش تحکیمی رسوبات بیش از یک بدست آمده که دلیل آن احتمالاً وجود نمکهای زیاد در رسوبات و فعل و انفعالات شیمیایی است.

سپاسگزاری

از شرکت صنایع دریایی ایران (صدرا) به خاطر فراهم کردن امکان همکاری، مهندسین مشاور ماندرو به خاطر انجام آزمایشات CPTu و شرکت مهندسین مشاور راهوار به خاطر در اختیار گذاشتن اطلاعات قدردانی میشود.