در طراحی پایه ترکیبی بتن-خاک، چگونه استحکام بتن-خاک تعیین می‌شود؟

Thread Content

در طراحی پایه‌های ترکیبی مبتنی بر میلگردهای مخلوط سیمان و خاک، استانداردها مقدار استحکام این مصالح را مستلزم تعیین از طریق آزمایش‌های آزمایشگاهی می‌دانند؛ اما در اکثر موارد، طراحی بدون داشتن داده‌های حاصل از آزمایش‌های آزمایشگاهی انجام می‌شود. بنابراین، لازم است ابتدا مقدار تخمینی از استحکام فشاری عناصر تقویت‌کننده مشخص شود تا بتوان به محاسبات طراحی بعدی رسید. نحوه تعیین مناسب این مقدار نیز یکی از مشکلاتی است که طراحان با آن روبرو هستند؛ همچنین این سؤالی است که افراد در پلتفرم «ژوژی» به طور مکرر مطرح می‌کنند. در اینجا، بر اساس منابع مربوطه، پاسخی ارائه می‌شود. بر اساس داده‌های تحقیقات میدانی، با استفاده از سیمان به عنوان ماده تثبیت‌کننده و در شرایط یکسان دیگر، با تغییر نسبت افزودن سیمان در همان لایه خاک، استحکام خاک سیمانی متفاوت خواهد بود. در این پروژه می‌توان از سیمان درجه ۳۲.۵ و میزان افزودنی سیمان بین ۷٪ تا ۱۲٪ استفاده کرد. هنگامی که نسبت افزودن سیمان بیشتر از ۱۰٪ باشد، استحکام خاک سیمانی می‌تواند به بالای ۰٫۳ مگاپاسکال تا ۲ مگاپاسکال برسد. میزان معمول افزودن سیمان، αw، بین ۱۲٪ تا ۲۰٪ است. در مورد پایه‌ها و دیوارهای ساخته شده از خاک مخلوط با سیمان، به دلیل نسبت آب به سیمان بالاتر (۱٫۵ تا ۲٫۰)، برای حفظ استحکام خاک مخلوط با سیمان، باید از سیمان با درجه حداقل ۴۲٫۵ استفاده کرد و میزان افزودن آن نیز باید حداقل ۲۰٪ باشد. مقاومت فشاری خاک سیمانی با افزایش نسبت مربوطه سیمان اضافه‌شده، افزایش می‌یابد؛ اما به دلیل تفاوت‌های موجود در ویژگی‌های خاک محل و شرایط ساخت‌وساز، افزایش نسبت سیمان اضافه‌شده، با درصد افزایش مقاومت خاک سیمانی همخوانی کاملی ندارد. مقاومت سیمان، مستقیماً بر مقاومت خاک سیمانی تأثیر می‌گذارد؛ هر ۱۰ مگاپاسکال افزایش در درجه مقاومت سیمان، باعث افزایش حدود ۲۰ تا ۳۰ درصدی در مقاومت خاک سیمانی می‌شود. بر اساس تجربیات معمول مهندسی، در صورتی که ماده تقویت‌کننده خاک چسبناک باشد و اطلاعاتی درباره نسبت‌های مواد در داخل سازه وجود نداشته باشد، می‌توان برای تخمین مقدار استحکام فشاری بدون محدودیت جانبی تیر، مقدار ۱.۰ تا ۱.۶ مگاپاسکال را به عنوان معیار استفاده کرد (در صورتی که درصد سیمان مورد استفاده بین ۱۲٪ تا ۱۵٪ باشد). مقاومت خاک سیمانی با افزایش سن، بالاتر می‌شود؛ حتی پس از گذشت ۲۸ روز نیز، این مقاومت همچنان به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. برای کاهش هزینه‌ها، در کشورهای مختلف، سن ۹۰ روزی به عنوان سن استاندارد برای آزمایش بلوک‌های پایه تحمل بار در نظر گرفته شده است. برای پیل‌های مخلوطی که نقش تکیه‌گاه را داشته و بارهای افقی را تحمل می‌کنند، با در نظر گرفتن تأثیر زمان حفاری، می‌توان سن استاندارد برای استحکام خاک سیمانی را ۲۸ روز در نظر گرفت. بر اساس آزمایش‌های استحکام فشاری، در شرایط یکسان، رابطه بین استحکام فشاری خاک سیمانی در سنین مختلف تقریباً خطی است. فرمول‌های تجربی مربوطه به شرح زیر است:
fcu7 = (0.47–0.63) × fcu28
fcu14 = (0.62–0.80) × fcu28
fcu60 = (1.15–1.46) × fcu28
fcu90 = (1.43–1.80) × fcu28
fcu90 = (2.37–3.73) × fcu7
fcu90 = (1.73–2.82) × fcu14

در این فرمول‌ها، fcu7، fcu14، fcu28، fcu60 و fcu90 به ترتیب استحکام فشاری خاک سیمانی در سنین ۷ روز، ۱۴ روز، ۲۸ روز، ۶۰ روز و ۹۰ روز را نشان می‌دهند. پس از گذشت سه ماه، رشد استحکام خاک سیمانی به آرامی انجام می‌شود. مقاومت بتن سیمانی در ۱۸۰ روز، ۱.۲۵ برابر مقاومت آن در ۹۰ روز است و رشد مقاومت بتن سیمانی پس از ۱۸۰ روز نیز همچنان ادامه دارد.