بررسی آزمایشگاهی کارایی مواد نانوساختار بر کاهش عمق آبشستگی موضعی پایه پل در جریان غیرماندگار

Abstract

سابقه و هدف: یکی از مسائل عمده و مهم در مباحث مهندسی رودخانه، طراحی و احداث پل‌ها می‌باشد که علاوه بر مسائل پایداری، تخمین عمق بیشینه آبشستگی در مجاورت پایه‌ها نیز دارای اهمیت بسیاری است. وقوع آبشستگی موضعی یکی از دلایل عمده عدم پایداری پل‌ها و در نهایت شکست آن‌ها می‌باشد. در حالی که اکثر تحقیقات انجام شده در زمینه آبشستگی پایه‌پل‌ها در شرایط جریان ماندگار انجام شده است، اما در رودخانه‌ها و به‌ویژه در شرایط وقوع سیل، جریان غیر‌ماندگار بوده و ممکن است تغییرات زمانی دبی جریان نسبتاً سریع باشد. نتایج مطالعات نشان داده شده است که در نظر گرفتن جریان غیر‌ماندگار، موجب پیش‌بینی واقعی‌تر واقتصادی‌تر عمق بیشینه آبشستگی در اطراف پایه‌های پل می‌گردد. تاکنون راه‌کارهای زیادی به منظور حفاظت از پایه‌ پل‌ها ارائه شده است. در این پژوهش از یک راه‌حل غیرسازه‌ای و دوستدار محیط زیست برای کاهش عمق آبشستگی پایه ‌پل‌ها در شرایط جریان غیر‌ماندگار استفاده شده است. <br /> مواد و روش‌‌ها: تاکنون از مواد نانوساختار عمدتاً برای اصلاح رفتار مقاومتی بتن و نیز جاده‌های روستایی خاکی استفاده شده است. برای دستیابی به اهداف پژوهش، رسوب بستر اطراف پایه ‌پل با نوعی ماده نانو ساختار به نام نانورس مخلوط شد. آزمایش‌های آبشستگی در شرایط جریان ماندگار و غیر‌ماندگار برای یک پایه‌ پل استوانه‌ای به قطر 35 میلی‌متر و در یک کانال با طول 5/9 متر، عرض و ارتفاع 40 سانتی‌متر و شیب کف 001/0 انجام شد. این آزمایش‌ها در دو حالت رسوب بستر با و بدون مواد نانورس انجام شد. برای شبیه‌سازی جریان غیر‌ماندگار از هیدروگراف‌های پلکانی مثلثی با زمان اوج 5/7 دقیقه و دبی‌های اوج 8، 12 ، 16 و 20 لیتر بر ثانیه استفاده گردید. <br /> یافته‌‌ها: توسعه زمانی پدیده آبشستگی در محل پایه ‌پل در هر دو حالت با و بدون حضور مواد نانورس مورد بررسی قرار گرفته و با هم مقایسه شد. در همه دبی‌های اوج، روند آبشستگی در بازه‌های زمانی اولیه در حالت استفاده از نانورس مشابه حالت عدم وجود این مواد اما با شیب بیشتری مشاهده شد. این روند در بازه‌های زمانی بعدی با شیب کمتری ادامه یافت و در نهایت به یک مقدار ثابت رسید.<br /> نتیجه‌گیری: نتایج آزمایش‌های جریان غیر‌ماندگار نشان داد که در حالت حضور مواد نانورس در رسوب بستر با افزایش دبی جریان، عمق بیشینه آبشستگی در مجاورت پایه‌پل کاهش می‌یابد. بیشترین درصد کاهش عمق آبشستگی با اختلاف زیاد در دبی جریان بیشینه (20 لیتر بر ثانیه) و حدود 86/62 مشاهده شد. در این دبی جریان، عمق بیشینه آبشستگی از 4/47 میلی‌متر به حدود 18 میلی‌متر کاهش یافت. کمینه کاهش عمق آبشستگی با حدود 15/56 درصد در کوچکترین دبی جریان (8 لیتر بر ثانیه) به‌دست آمد.