معرفی روش های تراکم خاک

روش های تراکم خاک کدام هستند؟
تراکم خاک، معمولا با استفاده از روش های استاتیکی، کوبشی، ضربه ای و ارتعاشی انجام می شود.

هر یک از این روش ها دارای مکانیزم و ماشین آلات مختص به خود هستند که افزایش چگالی خاک های مختلف تا اعماق متفاوت را ممکن می کنند.

تراکم استاتیکی خاک چیست؟
«تراکم استاتیک» (Static Compaction)، یکی از ساده ترین روش های تراکم و افزایش چگالی خاک است. از نظر تئوری، تمام اشیا مقداری فشار استاتیک را به زمین وارد می کنند.

هرچه وزن اشیا بیشتر باشد، فشار اعمال شده نیز بیشتر خواهد بود. از این رو، حرکت انسان بر روی یک زمین خاکی، باعث تراکم بسیار کم آن زمین خواهد شد.

در صورتی که عبور ماشین آلات سنگین ساختمانی (نظیر غلتک ها) می تواند خاک را تا حد زیادی متراکم کند.

فشار استاتیکی ناشی از نیروی ثقلی این ماشین آلات، باعث ایجاد تنش برشی درون محیط خاک می شود. به این ترتیب، ذرات توده خاک در صفحات مجاور نسبت به یکدیگر حرکت کرده و یک آرایش نزدیک تر و پایدارتر را ایجاد می کنند.

البته تراکم استاتیکی در تمام اعماق یک لایه خاک به صورت یکسان اعمال نمی شود. این روش بیشترین تأثیر را بر روی تراکم خاک های سطحی و اعماق کم دارد.

تراکم کوبشی خاک چیست؟
«تراکم کوبشی» (Kneading Compaction)، روشی است که با بهره گیری از مفهوم کاهش سطح تماس برای افزایش فشار، توده خاک را تا اعماق بیشتر نسبت به روش تراکم استاتیکی متراکم می کند.

غلتک های پاچه بزی، کفشک دار و پنوماتیک از متداول ترین ماشین آلات تراکم خاک با مکانیزم کوبشی هستند.

تراکم دینامیکی خاک یا تراکم ضربه ای چیست؟
روش های استاتیک و کوبشی از نیروی ثقلی برای تراکم خاک استفاده می کنند. «تراکم ضربه ای» (Impact Compaction)، از یک مکانیزم دینامیکی برای بهره مندی از نیروی ثقلی استفاده می کند.

به همین دلیل این روش با عنوان «تراکم دینامکی» (Dynamic Compaction) نیز شناخته می شود. در تراکم دینامیکی، یک وزنه سنگین فولادی یا بتنی (وزنه حدود 8 تا 36 تنی) از ارتفاع مشخص (حدود 1 تا 30 متر) و مطابق با الگوی معین (معمولا شبکه ای) بر روی سطح مورد نظر رها می شود.

فشار ناشی از برخورد وزنه به زمین، تراکم خاک در نقطه برخورد را در پی دارد. در هر پاس تراکم، محل تورفتگی زمین توسط مواد دانه ای پر می شوند.

نهایی سازی فرآیند تراکم طی دو تا سه پاس (با توجه به نوع خاک و شرایط موجود) انجام می گیرد.

به دلیل قابلیت تراکم خاک در اعماق بیشتر، روش تراکم دینامیکی با عنوان روش تراکم عمیق نیز شناخته می شود.

میزان تراکم خاک با روش دینامیکی به فاصله نقاط برخورد (الگوی شبکه تراکم)، وزن و ارتفاع رهاسازی وزنه بستگی دارد.

همیشه اولین ضربه با بیشترین نفوذ در خاک همراه است. هرچه فاصله بین نقاط برخورد کمتر باشد، به ضربه های کمتری برای تکمیل تراکم لایه های خاک نیاز خواهد بود. تراکم دینامیکی برای تمام انواع خاک ها قابل استفاده است.

با این وجود، این روش اغلب به منظور بهسازی مجدد پرکننده های قدیمی و خاک های شنی به کار برده می شود.

در هنگام به کارگیری این روش، توجه به لایه های زیر سطح آب زیرزمینی و تأثیر فشار آب منفذی آن ها بر روی فرآیند تراکم ضروری است.

تراکم ضربه ای سریع چیست؟
«تراکم ضربه ای سریع» (Rapid Impact Compaction)، از روش های بهسازی زمین با استفاده از تراکم در خاک های سست و دانه ای تا عمق متوسط است.

این روش نیز مانند اکثر روش های تراکم، باعث افزایش چگالی، زاویه اصطکاک، سختی کلی و افزایش ظرفیت باربری به همراه کاهش احتمال نشست می شود.

در تراکم ضربه ای سریع، چکش مخصوص تعبیه شده بر روی بیل مکانیکی یا دیگر ماشین آلات ساختمانی، یک صفحه دایره ای شکل را به طور مداوم (فرکانس تقریبی یک ضربه در ثانیه) بر روی زمین می کوبد.

به دلیل ثابت بودن پایه های ماشین بر روی زمین، انرژی ضربه ای به طور ایمن و یکنواخت به درون زمین انتقال می یابد.

تراکم ضربه ای سریع، خاک های سست را تا عمق 6 متری یا بیشتر متراکم می کند. هزینه و زمان اجرای این روش از اجرای عملیات خاکی کمتر است.

تراکم ارتعاشی خاک چیست؟
«تراکم ارتعاشی» (Vibrating Compaction)، یکی دیگر از روش های بهسازی و تراکم عمیق خاک محسوب می شود که به منظور کاهش تأثیر بارهای لرزه ای و افزایش چگالی خاک های ماسه ای سست تا عمق 30 متر مورد استفاده قرار می گیرد.

به دلیل شباهت مکانیزم تراکم ارتعاشی با تراکم ضربه ای، این دو روش در برخی از موارد با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند. در تراکم کوبشی، جهت اعمال نیروها به زمین، رو به پایین است.

در تراکم ارتعاشی، اعمال موج های فشاری در تمام جهات به زمین صورت می گیرد. در این روش، یک وسیله ارتعاشی با عنوان «ویبروفلوت» (Vibroflot) تا عمق مشخص به همراه فشار آب به درون زمین رانده می شود.

با نزدیک شدن به عمق مورد نظر، فشار آب کاهش می یابد. سپس، ویبروفلوت به آرامی به سمت بیرون کشیده می شود.

در فواصل منظم حین بیرون کشیدن، نقاط توقف موقت برای اطمینان از تراکم مناسب سطوح مختلف خاک تعیین شده است.

فشار آب واترجت و ارتعاش ویبروفلوت، تراکم مناسب خاک های سست و بهبود قابل توجه ظرفیت باربری آن ها را به همراه دارد.

کاربرد اصلی این روش در تراکم زمین مخصوص مخازن، اسکله ها و سازه های آبی است. توجه داشته باشید که پس از اتمام فرآیند تراکم، حفره های ایجاد شده باید توسط مصالح مناسب پر شوند.

تراکم انفجاری خاک چیست؟
«تراکم انفجاری» (Explosive Compaction یا Blast Densification)، یکی دیگر از روش های تراکم عمیق خاک است.

در این روش، لایه ای از سطح زمین، چالزنی و خرجگذاری می شود. انفجار تاخیری چال ها، ارتعاش زمین و اعمال بار چرخه ای را به همراه دارد.

این شرایط بارگذاری، پیوند بین ذرات را از بین می برد و فشار آب منفذی را افزایش می دهد.

با افزایش فشار آب منفذی اضافی، تنش موثر محدودکننده به سمت صفر میل می کند و باعث شروع رونگرایی خاک می شود.

پراکنده شدن و از بین رفتن رونگرایی و فشار آب منفذی، خاک را مجددا تحکیم می کند و آن را در یک وضعیت متراکم تر قرار می دهد.

سپس، فشار آب منفذی خاک به مقدار پیش از انفجار بازمی گردد. با توجه به توزیع دانه بندی، چگالی اولیه و توالی انفجار (الگوی تاخیر) می توان به حداکثر 4 درصد کرنش عمودی (نشست یا تراکم) در یک پاس دست یافت.

پاس های انفجار بیشتر، درصد تراکم بالاتر را به همراه خواهند داشت.