مطالعه خصوصیات فیزیکی و رفتار مکانیکی خاکهای گچی متورم شونده و روش‌های بهسازی آنها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1    استادیار گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2   کارشناس ارشد ژئوتکنیک، دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

وجود خاک­های متورم شونده در سراسر دنیا خسارات جبران ناپذیری را به ساختمان­ها وارد می­نماید. خاک­های گچی در ناحیه جنوب غربی مشهد، به دلیل خاصیت تورم­زایی که دارند از دیرباز مشکلاتی مانند ایجاد ترک در نمای ساختمان‌ها، شکم دادن دیوارها و برآمدگی کف­سازی­ها را به وجود آورده­اند. خاک­های این منطقه عموماً ریزدانه بوده و از نوع ML یا CL محسوب می­شوند. این پژوهش کوششی برای تعیین مشخصات و بررسی خواص تورمی خاک­های گچی ML در این منطقه می­باشد. به این منظور 6 نمونه از میان نمونه­هایی که دانه بندی یکسان ولی درصد گچ طبیعی متفاوتی دارند انتخاب شده­اند. پس از تعیین خصوصیات اصلی ژئوتکنیکی (مقدار گچ، حدود اتربرگ، وزن مخصوص طبیعی و چگالی) این خاک­ها، اثر میزان گچ بر پتانسیل تورم و فشار تورم بررسی گردید. با توجه به تاثیر به سزای وزن مخصوص بر پتانسیل و فشار تورم، از هر یک ازخاک­های شش­گانه 10 نمونه با رطوبت اولیه یکسان و وزن مخصوص مختلف ساخته شده و تغییرات پتانسیل و فشار تورم آنها تعیین گردید. نتایج این تحقیق بیانگر اثر شدید مقدار گچ، میزان تراکم و مقدار رطوبت بر پتانسیل و فشار تورم است. از طرفی بهسازی این­گونه خاک­ها که در زمره خاک­های مسئله­دار هستند همیشه مورد توجه محققین بوده است. در ادامه این تحقیق نمونه­ای از خاک­های فوق با 57/10 درصد گچ و با پتانسیل تورم مشخص انتخاب گردید و به سه روش مختلف بهسازی شامل اختلاط با آهک، اختلاط دو زمانه با آهک و اختلاط با سیمان بهسازی شد. مقدار ماده افزودنی در این سه روش 1، 2، 3 و 4 درصد بود که پس از مخلوط و متراکم نمودن، به وزن مخصوص خشک 83/1 گرم بر سانتی­متر مکعب رسید. نتایج بهسازی روی این­گونه خاک­های متورم شونده نشان می­دهد که روش اختلاط با سیمان می­تواند فشار تورم نمونه­ها را به مقدار قابل ملاحظه­ای کاهش دهد و خصوصیات تورمی آنها را به طور قابل توجهی اصلاح نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An investigation on physical characteristics and mechanical behavior of swelling gypsum soils and their improvement methods

نویسندگان [English]

  • Jafar Bolouri Bazaz 1
  • Hamid Rajaea 2
1 Civil Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
2 Graduate Student, Civil Engineering Department, Sharif
چکیده [English]

The existence of swelling soils causes irretrievable damages to buildings all over the world. Due to the swelling property of the gypsum soils, located in South West of Mashhad, many problems such as cracking in building, heaving of walls, and pavement and bulging of floors have been reported. The soil in this region is generally fine and based on Unified Classification is predominantly ML and CL. In the present research, 6 typical samples, among many gathered samples, with identical gradation but different amount of gypsum, were selected. After determination of main geotechnical properties of samples (including gypsum percent, Atterberg limits, natural unit weight and density), the effect of gypsum amount on the swelling potential and swelling pressure was investigated. Considering the influence of degree of compaction, on the swelling potential and swelling pressure, 10 samples for each of 6 typical soils, with identical moisture content but different unit weight were prepared and the variation of the swelling potential and swelling pressure were studied. The results of this research indicate the harsh effect of the gypsum amount, degree of compaction and moisture content on the swelling potential and swelling pressure. The improvement of such soils which are a type of problematic soils has been of many researchers interest. In the present research a sample with 10.57% gypsum and unit weight of 1.83 g/cm3 and with a determined swelling potential was improved using three different methods, including mixing with lime, double mixing with lime and mixing with cement. The amount of admixture for all three methods was 1, 2, 3 and 4 percent. The results of this research indicate that mixing with cement is able to reduce considerably the swelling potential and to improve the swelling specifications of this type of soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fine soil
  • Gypsum
  • Swelling
  • Potential
  • pressure
  • compaction
  • Moisture content
  • improvement
  • lime
  • double mixing
  • cement

فاخر، ع. و عسگری، ف. (1372)، تورم و واگرایی خاکها از دید مهندسی ژئوتکنیک، انتشارات جهاد دانشگاهی دانشگاه تهران

Ameta N. K., Purohit D. G. M., and Wayal A. S., 2007, Characteristics, Problems and Remedies of Expansive Soils of Rajathan, India, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, Vol.12,Bundle E, pp 1-8.

Azma, S., Abduljauwad, S. N. and Al-Amoudi, O. S. B., 2003, Volume Change Behavior of Arid Calcareous Soils, Journal of  Natural Hazards Review, Vol. 4, No. 2.

Bandyopadhyay S. S. (1981) Prediction of Swelling Potential for Natural Soil, ASCE, Journal of Geotechnical Engineering Division, Vol. 107, No. GTS7.

Chen R. H. (1975) Foundations on Expansive Soils, Elsevier Science Publishers.

Chen F. H. (1988) The Basic Physical Properties of Expansive Soils, Proceeding of the 3rd International Conference on Expansive Soils, Haifa, Israel.

Dongxu L., Zhongzi X., Zhimin L., Zhihua P. and Cheng L. (2002) The Activation and Hydration of Glassy Cementitious Materials, Cement and Concrete Research Journal, Elsevier Science Ltd. Vol.32 pp.1145-1152.

Einstein H. H. (1996) "Tunneling in difficult ground", Swelling Behavior And Identification of Swelling Rocks, Rock Mechanics, Rock Engineering, Vol. 29, No. 3, pp. 113 –117.

Ferris G. A., Eades J. L., Graves R. E. and Mclellan G. H. (1995) Improved Characteristics in Sulfate Soils Treated with Barium Compounds Before Lime Stabilization, Transportation Research Record, 1259, pp. 45-51.

Hunter D. (1988) Lime Induced Heave in Sulfate, Bearing Clay Soils, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 114, No. 2, pp. 150-167.

Mitchell J. K. (1986) Practical Problems from Surprising Soil Behavior, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 112, No. 3, pp. 259-289.

Prakash B. S., Kota D. H., Hazlett D. and Perin L. (1996), Sulfate–Bearing Soils : Problems with Calcium–Based Stabilizers, Transportation Research Record 1546 TRR, pp. 62-69.

Shahid A. and Sahel N. A. (2000) Influence of Gypsification on Engineering Behavior of Expansive Clays, ASCE, Journal of Geotechnical and Geo-Environmental Engineering, Vol. 126, No. 6, pp. 538-542.

Wild S., Kinuthia J. M., Jones G. I., and Higgins D. D. (1998) Effects of Partial Substitution of Lime with Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBS) on the Strength Properties of Lime-Stabilized Sulphate-Bearing Clay Soils, Engineering Geology Journal, Elsevier Science Ltd. Vol. 51 pp. 37-53.

Wild S., Kinuthia J. M., Jones G. I., and Higgins D. D. (1999) Suppression of Swelling Associated with Ettringite Formation in Lime Stabilized Sulphate Bearing Clay Soils by Partial Substitution of Lime with Ground Granulated Blast Furnace Slag, Engineering Geology Journal, Elsevier Science Ltd. Vol. 51 pp. 257-277.

Yaujun D.; Shenglin L. and Shigenori H. (1999), Swelling-Shrinkage Properties and Soil Improvement of Compacted Expansive Soil, Journal of Engineering Geology No. 53, pp. 351-358.

Yucel G. and Hakan K. (2003) Environmental Effects on Expansive Soils, First International Conference on Environmental Research and Assessment, Bucharest, Romania.