ساخت دستگاه مطالعه رفتار پی‌های عمیق در خاک‌های آلوده به مواد نفتی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست و مجری طرح «بررسی آزمایشگاهی ظرفیت باربری محوری شمع‌ها در خاک ماسه‌ای آلوده به مواد نفتی» گفت: یکی از کاربرد‌های شمع در صنعت ساختمان به عنوان پی عمیق، انتقال نیرو‌های سازه‌ها به لایه‌های مقاوم‌تر خاک است، اگرچه شمع‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که انواع نیرو‌ها اعم از نیرو‌های محوری، جانبی و لنگر خمشی را تحمل کنند؛ با این حال معمولاً ظرفیت باربری محوری شمع به عنوان عامل اصلی طراحی این المان‌های سازه‌ای مدنظر قرار می‌گیرد.

امیرحسین محمدی با بیان اینکه رفتار شمع‌ها در خاک وابسته به ویژگی‌های خاک اطراف شمع و ویژگی‌های شمع است، افزود: با توجه به این که نیرو‌های سازه از طریق سطح مشترک شمع و خاک به خاک منتقل می‌شود، هرگونه تغییر در ویژگی‌های خاک‌های اطراف شمع، منجر به تغییر ظرفیت باربری شمع خواهد شد.

وی گفت: مطالعات پیشین نشان داده اند که حضور آلاینده‌های نفتی در خاک، سبب کاهش قابل توجه نیرو‌های قابل تحمل توسط خاک می‌شود که این تغییرات قطعاً بر ظرفیت باربری شمع در تماس با خاک آلوده، تاثیر گذار خواهد بود.

محمدی افزود: با توجه به وجود نداشتن تحقیقات آزمایشگاهی درباره تغییرات ظرفیت باربری محوری شمع‌ها در خاک‌های آلوده به مواد نفتی، در این تحقیق با ساخت دستگاهی برای مطالعه رفتار پی‌های عمیق، ضمن انتخاب درصد‌های مختلف از سه نوع آلاینده نفتی و همچنین شرایط مختلف اجرای شمع، ابعاد شمع و دانسیته نسبی خاک، تاثیرات تغییر این عوامل بر ظرفیت باربری محوری شمع مدل فولادی، بررسی شد.

وی تاکید کرد: خاک بخش عمده‌ای از نواحی اطراف تاسیسات نفتی و مسیر‌های انتقال مواد نفتی، بنابر دلایل مختلف، به انواع فرآورده‌های نفتی همچون بنزین، گازوئیل، نفت خام و نفت سفید آلوده است.

محمدی افزود: همچنین، با توجه به نیاز کشور به منابع انرژی و توسعه تاسیسات پالایش، انتقال و ذخیره سازی، ساخت تاسیسات جدید عمدتاً در اطراف تاسیسات موجود صورت می‌گیرد که خاک این نواحی آلوده به انواع فرآورده های نفتی است.

وی گفت: با توجه به آلودگی خاک به انواع مواد نفتی، در طراحی شمع‌ها باید اثر حضور درصد‌های مختلف از این مواد بر ظرفیت باربری محوری شمع ها، درنظر گرفته شود.

محمدی افزود: در این تحقیق، شرایط مختلف اعم از نوع آلاینده، درصد آلاینده، دانسیته نسبی خاک، روش اجرای شمع و عمق خاک آلوده در تماس با شمع، مدنظر قرار گرفته و ضرایب کاهنده ظرفیت باربری در شرایط مختلف ارائه شده است.

وی با بیان اینکه این روابط و ضرایب در طراحی دقیق شمع‌ها در خاک‌های آلوده به مواد نفتی، بسیار پرکاربرد هستند، گفت: دستگاه ساخته شده جهت بررسی ظرفیت باربری پی‌های عمیق، علاوه بر امکان مدل سازی فیزیکی شمع‌ها در مقیاس‌های قابل قبول، در دیگر کاربرد‌ها اعم از مطالعات انتقال و انتشار آلاینده‌ها در خاک نیز قابل استفاده بوده و همچنین امکان تجاری سازی و تولید انبوه آن نیز وجود دارد.

وی با اشاره به نتایج تحقیقاتش افزود: نتایج به دست آمده در این تحقیق علاوه بر این که موید تاثیرگذاری حضور آلاینده‌های نفتی در خاک بر ویژگی‌های ژئوتکنیکی خاک‌ها است، در فرآیند طراحی شمع در پروژه‌های طراحی و ساخت تاسیسات پالایش و ذخیره سازی مواد نفتی و یا هر نوع سازه دیگری که بر روی خاک-های آلوده به مواد نفتی ساخته خواهد شد، مورد استفاده است.

محمدی گفت: از سوی دیگر در محل‌هایی که امکان آلوده شدن خاک پس از ساخت سازه نیز وجود دارد نظیر نشت از مخازن ذخیره، این قابلیت وجود دارد که میزان نشست‌های آتی سازه در اثر نشت مواد نفتی، پیش بینی شود؛ در واقع کارفرمایان، پیمانکاران و مهندسان مشاور این نوع پروژه ها، می‌توانند از داده‌ها و روابط ارائه شده در این تحقیق، در طراحی سازه‌های موردنظر، استفاده کنند.

این محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: با توجه به قابلیت‌های دستگاه و همچنین مشخصات شمع‌های مدل ساخته شده، امکان بهینه سازی و تکمیل امکانات و تجهیزات آن‌ها وجود دارد؛ بنابراین در مرحله اول، هدف بهبود عملکرد دستگاه و شمع‌های مدل ساخته شده به منظور انجام تحقیقات بیشتر در زمینه تاثیر آلاینده‌های نفتی بر خاک‌ها و پی‌ها و سپس ساخت نمونه‌های مشابه جهت تامین نیاز دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی به این دستگاه، خواهد بود.

وی با بیان اینکه امکان استفاده از این دستگاه در مطالعات دیگر، با توجه به قابلیت‌ها و ابعاد دستگاه، وجود دارد، گفت: در ساخت بدنه دستگاه و همچنین بدنه شمع‌های مدل، از فولاد ضدزنگ استفاده شده تا میزان تخریب بند دستگاه و بدنه شمع‌ها تحت شرایط مختلف انجام آزمایش‌ها به حداقل برسد.

محمدی افزود: همچنین با استفاده از سنسور‌های کرنش سنج در بدنه شمع‌های مدل (در تراز‌های مختلف از طول شمع)، امکان اندازه گیری نیرو در تراز‌های مختلف از شمع و همچنین تفکیک نیرو‌های نوک و جدار شمع، فراهم شده است.

وی گفت: در حال حاضر جهت انجام آزمایش‌های بارگذاری شمع در مقیاس آزمایشگاهی، دستگاه‌های متعددی وجود دارد، اما عمده این دستگاه‌ها دارای مخزن خاک کوچک بوده و صرفاً در مقیاس‌های کوچک قادر به مدل سازی شمع هستند که نتایج آن‌ها چندان قابل اعتماد نیست.

محمدی افزود: از سوی دیگر، این دستگاه‌ها صرفاً قادر به اندازه گیری نیروی نهایی شمع هستند و نمی‌توانند تغییرات نیرو در نوک و جدار شمع در حین اجرا و پس از اجرا را مشخص کنند و شرایط آن‌ها به گونه‌ای است که امکان مدل سازی رفتار شمع در شرایط خاک آلوده در آن‌ها وجود ندارد.

وی گفت: اما دستگاه و شمع‌های مدل ساخته شده در این تحقیق، با هدف تحلیل دقیق ظرفیت باربری محوری شمع‌ها در شرایط خاک غیرآلوده و آلوده به مواد نفتی و دیگر آلاینده‌ها ساخته شده است که امکان انجام مطالعات روی پی‌های سطحی و مطالعات انتقال و انتشار آلاینده‌ها نیز وجود دارد، همچنین ابعاد مناسب این دستگاه و تجهیز آن به ابزار دقیق و ابزار‌های بارگذاری و قرائت داده ها، از تفاوت‌های قابل ذکر این دستگاه با نمونه‌های داخلی موجود است.

محمدی افزود: براساس تحقیق‌های صورت گرفته، تنها یک نمونه مشابه این دستگاه در ابعاد بسیار کوچکتر توسط یکی از محققان در کشور مصر ساخته شده است که از نظر تجهیزات مورد استفاده بسیار ساده بوده و به هیچ عنوان قابل مقایسه با دستگاه موجود نیست.

وی با اشاره به کاربرد‌های این طرح گفت: موضوع بررسی آزمایشگاهی ظرفیت باربری شمع‌ها در شرایط مختلف، یکی از موضوعات مهم در مطالعات ژئوتکنیکی است، محققین زیادی در اکثر دانشگاه‌های کشور تحقیقاتی را در این زمینه مدنظر قرار می‌دهند.

محمدی با بیان اینکه دستگاه ساخته شده به گونه‌ای طراحی گردیده است که بخش عمده‌ای از آزمایش‌های بارگذاری شمع و بارگذاری پی‌های سطحی در آن قابل انجام است، افزود: تجهیزات این دستگاه در دستیابی به داده‌های قابل اطمینان، کمک شایانی می‌کند.

به گفته وی، از سوی دیگر داده‌ها و روابط حاصل از این تحقیق، در فرآیند‌های طراحی شمع در خاک‌های آلوده به مواد نفتی، خصوصاً در مناطق جنوبی و جنوب غرب کشور که خاک این مناطق آلوده به انواع مواد نفتی است، قابل استفاده است.

این طرح توسط امیرحسین محمدی، دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست انجام گرفته است.

استاد راهنمای این طرح دکتر تقی عبادی، دانشیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست و استاد مشاور آن دکتر ابوالفضل اسلامی، استاد دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست بوده است.