دانلود تحقیق اهمیت اکتشاف سوخت جهت تأمین انرژی مورد نیاز

از آنجا که هیچ ابزاری تا نیازمند بشر نباشد گسترش پیدا نمی کند واز آنجا که تامین انرژی امروزه حرف اول را می زند اکتشاف سوخت وتهیه آن باعث توجه به آبهای عمیق شده است که بعضی از ابزارهای مورد نیاز برای این اکتشافات سازه های دریایی ومهارهای کششی در عمق بیشتر از 1000 متر است،که نیازمند استفاده از متد های بسیار جدید نسبت به متدهای قدیمی و سنتی است.
سازههای دریایی به طور سنتی برای کاربریهای متنوع استخراج نفت به کار رفته است.این سازها باید دارای کارای موثر با ایمنی بالا واز نظراقتصادی بهینه باشند.
از دیگر سازه ها برای تامین انرژی استفاده از توربین های بادی است امروزه استفاده از توربین بادی مستقر در دریا OFFSHOR WIND TURBIN به منظور تامین انرژی خصوصا برای کشورهایی که باد خیز هستند گسترش یافته است.

علت این امر هم از نظر صرفه جویی در مصرف و هم از نظر آلودگی هوا کاملا قابل توجیه است.اولین نوع این توربین ها در سال 1991 در دانمارک نصب شد.
جدا از نظر طراحی سازه ای این سازه ها طراحی پی این گونه سازها بسیر حائز اهمیت است.
استفاده از سازه های دریای در اعماق 3000 تا 6000 متر نگرش وابتکار بالایی را برای طراحی سازه های دریای نسبت به استفاده از شمع های سنتی وسازه های گیردار را می طلبد، که درنتیجه توجه به سازه های معلق مد نظر قرار گرفته است.
این سازه ها معلق مشابه سازه های دیگر نیاز به مهار هایی برای مقاومت در برابر نیروهای بلند کننده هستند همچنین این مهارها باید در برابر بارهای سیکلیک ناشی از نیروی باد و نیروی موج وهمچنین طوفان های احتمالی مقاومت کنند.
در ضمن در آبهای که از شمع های سنتی استفاده می شود نیازمند شمع کوب ها و تجهیزات سنگین در دریا است که اجرای آنها بسیار پر هزینه و وقت گیر هستند.همچنین رفتار این گونه شمع ها وعدم دقت آنها در برابر بارهای افقی بسیا رحائز اهمیت است .

ازدلایل دیگر استفاده از سازه های منعطف آن است که در آبهای عمیق پریود طبیعی مورد قبول برای سازه های گیردار در حدود تغییرات فرکانس موج است که باعث پدیده تشدید خواهد شد و بر اساس نتایج بدست آمده سازه های منعطف دارای پریودی بیشتر از پریود طبیعی موج هستند.در شکل1-1 نمونه ای از سازهای دریایی و توربین های بادی آورده شده است
شکل 1-1 a شکل 1-1 b شکل 1-1 c شکل 1-1 D شکل 1-1 E شکل1-1 F شکل 1-1 H شکل 1-1 I شکل 1-1J فصل دوم : 2-1-تعریف شمعهای مکشی: یکی از متد بسبار جدید که برای پی های سطحی بکار می رود استفاده از ایده یک سطل برعکس به عنوان پی است ، این نوع پی ها با عمل مکش وبه صورت درجا مانند شمعها به کار می رود.

این نوع پی ها سبب کاهش در هزینه به علت کاهش مواد مصرفی و همچنین کاهش زمان اجرا خواهند شد.بنا براین برای پی بردن به عملکرد این گونه پی ها شرایط بار گذاری این گونه سازه ها و نوع بارهای آنها برای طراحی حائز اهمیت است .

شمعهای مکشی که با نامهای صندوقۀ مکشی، شالودۀ سطلی، مهار مکشی، شالودۀ دامنی نیز شناخته می شوند.

یک نمونه از پی های سطحی هستند که با اینکه پیدایش اولیۀمفهوم آنها به اواخر دهۀ 1960 میلادی(Etter&Turpin ، 1967 ) بر می گردد برای اولین بار در حدود 20 سال پیش معرفی شدند اما تنها پس از تحقیقات زیاد بود که در دهۀ گذشته بطور گسترده ای در لنگرگاه ها و واحدهای شناور بکار رفتند.

اکنون تنها پس از کمتر از 10 سال تحقیق، جایگاه خود را در صنعت نفت پیدا کرده اند.

ارجحیت آنها در داشتن ظرفیت بالا برای لنگرگاههای محکم و زنجیری ، در اکثر سایتهای سراسر جهان مانند برزیل، آفریقای غربی، دریای شمال، دریای نروژ و خلیج مکزیک بخوبی شناخته شده اند.

(شکل 2-1) شکل2-1: مناطق آبهای عمیق جهان استفاده از این نوع پی ها به دلیل مزایایی که نسبت به سایر انواع پی ها دارند به سرعت در حال گسترش است وبه وفور جای شمع های معمولی را می گیرند.

2-2-مزایای شمعهای مکشی: از جمله مزایای مهم اینگونه شمعها بطور خلاصه می توان به موارد زیر اشاره کرد : روشهای طراحی قابل اعتماد هم برای اجرا و هم برای بهره برداری.

رفتار قابل پیش بینی در حین اجرا.

آزادی عمل؛ یعنی عملیات نصب می تواند معکوس شود و دوباره اجرا شود.

هزینۀ پایین در مقایسه با روشهای دیگر از لحاظ مصالح .

این سیستم پی سازه های دریایی را می توان در زمانهای بسیار کوتاه در بعضی موارد کمتر از یک روز نصب کرد.

استفاده از ابعاد مختلف با هر ترکیبی (تعداد و چینش دلخواه ) قابل اجرا هستند که در نتیجه می توان از سختی و ظرفیت پیچشی مورد نظر را تولید کرد.

شمعهای مکشی چگونه نصب می شوند و چگونه کار می کنند : شمعهای مکشی برای دامنۀ وسیعی از انواع سازه های دریایی ثابت و شناور کاربرد دارند، و اثبات شده است که قابلیت تطبیق خوبی با شرایط مختلف خاک، نیازهای سازه ها و نوع و بزرگی نیرو دارند.

صندوقه مکشی استوانۀ فلزی ( بعضا بتنی) تو خالی با قطر زیاد که از انتها باز واز بالا بسته می باشد.

صندوقه که معمولاً از شناور مخصوص نصب به آب انداخته می شود، باید به آرامی بر روی بستر دریا قرار گیرد.

طریقۀ پایین بردن صندوقه در آب به این صورت است که شیرهای مخصوص موجود در بالای آن باز می شود و هوای محصور در آن به سرعت تخلیه می شود و بدین ترتیب در آب پایین می رود.

برای نصب صندوقه آنرا از نوک که باز است، بر روی بستر دریا قرار می دهند.

در این حالت در حالیکه شیر تخلیه آب باز است، شمع تحت وزن خود در داخل بستر فرو می رود با اتمام نفوذ صندوقه بر اثر وزن شیرهای مذکور بسته می شوند که باعث آب بندی صندوقه در برابر خلا که ایجاد خواهد شد نیزمی گردد.

سپس آب موجود در قسمت محصور بین بستر و کلاهک فوقان شمع توسط پمپ خارج می شود، این امر باعث کاهش فشار درون صندوقه می شود.

اختلاف فشار موجود بین داخل و خارج آن باعث رانده شدن صندوقه به داخل خاک می شود.

بعد بسته به نوع طراحی کلاهک روی آن برداشته می شود؛ یا در محل باقی می ماند و کاملاً آب بندی می شود.

بدین ترتیب وقتی شمع بخاطر نیروهای آنی و ضربه ای مانند نیروی موج یا ضربه های کشتی ها تحت کشش قرار گیرد در آن مکش ایجاد می شود و از خروجش جلوگیری می شود.

در این حالت وزن قطعه ای از خاک که درون شمع است نیز جزء نیروهای مقاوم محسوب می شود که این نیروها باید با نیروی اصطکاک جداره جمع شوند.

در صورتیکه نیروها بلند مدت باشند حالت زهکشی شده داریم و نوع خرابی متفاوت است که بعد به تفصیل در مورد انوع خرابی بحث خواهد شد.(شکل 2-2 و2-3و2-4 ) شکل2-2:صندوقه مکشی و طریقه نصب آن (Byrne ،2000 ) شکل 2-3 شکل 2-4 :نصب صندوقه در کارگاه 2-3-روشهای نصب روشهای حمل مانند بلند کردن و گذاشتن مهار ساخته شده بر روی پاشنۀ یدک کشها، موجود بودن کشتی مناسب، تدارکات و هزینه ها؛ بیشتر از شرایط خود مهار و شرایط خاک و بارهای وارده، نوع شمع و روش نصب را به طراح تحمیل می کنند.

اغلب، نوع کشتی های در دسترس دیکته می کند که باید از روش بلند کردن و نصب کردن یا کشیدن و نصب کردن استفاده کرد.

زمان لازم برای نصب هر شمع بسار متغیر بوده و بیش از آنکه به روش نصب بستگی داشته باشد، به خرابی ابزار آلات، وضع هوا، عمق، شکل لنگرکاه و مشکلات تکنیکی بستگی دارد.

هر دو روش قابلیت نصب یک مهار را در عمق 350-400 متری در زمان 12 ساعت از خود نشان داده اند.

شکل 2-5 :مراحل نصب صندوقه شکل2-6:نمایی از یک سکوی شناور با پایه های کششی و نیروی وارد بر آن شکل بالا از (Clukey&Morrison,1993)و شکل پایین از(Iskander et.

Al, 2002) برای خارج کردن آب از درون شمع و نصب آن دو متد وجود دارد: پمپاژ پیوسته پمپاژ ضربه ای با مطالعۀ سوابق اجرایی می توا ن دریافت که محدودیتهای هر پروژه تاثیری مهمی بر روش نصب و شیوۀ نظارت بر نصب دارد.

در روش نصب به صورت پیوسته عمل پمپاژ بصورت پیوسته صورت می گیرد ولی در روش ضربه ای پمپاژ به صورت نوسانی صورت می گیرد که البته اجرای آن نسبت به متد قبل نیازمند سیستو مجهز تری است وز ازنظر اجرایی کمی سخت تر و مستلزم زمان بیشتر است ولی دارای مزایای بیشتری از جمله موارد زیر است(Allersma 2001): اختلاف فشار بیشتری به طور مستقیم در دسترس است.

کنترل متناوب سیستم پمپ لازم نمی باشد.

از پدیده کاویتاسیون پمپ جلوگیری می کند.

روند نفوذ آن موثر تر است.

اساساً ریسک نفوذ در خاکهای درشت د انه وبستر نا هموار کاهش می دهد.

اجرای شمع را با قطر کمتر مقدور می سازد.

2-4-رفتار خاک در حین نصب شمع در تحقیقات Andersen &Jostad (2002) مشخص شد در هنگام نفوذ شمع توسط وزن خود، خاک درون شمع نیز بهمراه خود شمع به پائین می رود.تغییرمکان خاک در اطراف شمع بیشتر در ناحیهای به ضخامت جدارۀ شمع از بر خارجی آن مشهود است.

البته تغییرمکانهایی در نقاط دورتر نیز رخ می دهد.

Chicata&Tassoulas (2000) در مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلهای عددی خود در رس به این نتیجه رسیدند که اصطکاک تولید شده در جداره داخلی شمع در هنگام نفوذ بواسطه وزن شمع، بیشتر از اصطکاک تولید شده در جداره بیرونی آن است .

علت آن محدود بودن خاک درون صندوقه بوسیله دیواره شمع است که باعث افزایش تنش قائم و در نهایت نیروی اصطکاک می شود.

در هنگام نصب شمع با مکش نیز نیروی اصطکاک داخلی بیشتر است هر چند نیروی اصطکاک خارجی زودتر فعال می شود.

در هنگام نفوذ شمع توسط مکش،خاک محبوس درون شمع به سمت بالا حرکت می کند.

در این حالت خاک درون شمع هیچگونه تمایلی برای حرکت بسمت پائین از خود نشان نمی دهد(Andersen and Jostad 2002).

همانطور که گفنه شد، بیشترین تغییرمکانها در ناحیه ای به ضخامت جداره دیده می شود، که ناحیۀ بهم خوردهنامیده میشود.

آنالیزهای اجزا محدود نشان می دهند که ضخامت این ناحیه کمتر از ضخامت جداره است، هر چند در عمل ممکن است چنین نباشد.

آزمایشهای سانتریفوژ(Renzi &al1991) و همچنین آزمایشهای X-Ray موسسۀ ژئوتکنیک نروژ (NGL 2000) نشان دادند که ضخامت این ناحیه برابر ضخامت جداره است.

پس از بررسی نتایج فوق نتیجه می شود که ضخامت این ناحیه نباید از ضخامت جداره بیشتر باشد و اگر این ضخامت برابر ضخامت جداره در نظر گرفته شود نتایج کمی دست بالا بدست خواهند آمد.

2-5-رفتار خاک در زمان بهره برداری عملیات نصب صندوقه و تحکیم مجدد خاک پس از آن –بخصوص در داخل مهار و برای نسبتهای ظاهری کوچک- بر روی ظرفیت دائم اثر میگذارد واحتیاج به ملاحظه دارد.

ترکهای کششی در پشت مهار که بخاطر بارهای دائمی پیش تنیده از یک سیستم لنگرگاهی محکم تولید می شوند، ظرفیت مهار را پائین می آورند.

چک کردن ریسک رخداد چنین اتفاقی مهم است و باید مدنظر قرار گیرد، یا احتمال تولید ترکها را با پائین بردن محل اتصال نیرو به گونهای که تمایل کمی جهت دوران برای بستن ترکه وجود داشته باشد، حذف کرد.

در خاکهای رسی بسار نرم بعلت وجود فشار جانبی فعال انتظار نمی رود چنین ترکهایی در عمق زیاد باز بمانند.

هر چه ارتفاع صندوقه کمتر باشد اختلاف فشار کمتری برای نصب لازم است (Allesram et all 1997).

در بعضی از مواقع برای نفوذ بیشتر و خصوصاً در ماسه برای جلوگیری از روانگرایی از وزنه هم استفاده می شود.

در اشکال 2-7 تا 2-13 انواعی از صندوقه های مکشی و چگونگی اتصال بار به آنها و نحوه ساخت آنها قابل مشاهده است.

شکل 2-7:کارگاه ساخت صندوقه شکل 2-8 :ساخت صندوقه ونفوذ آن به واسطه وزن شکل 2-9 :نمونه ای از محل اتصال زنجیر به بدنه صندوقه شکل 2-10 :نمونه ای از گروه صندوقه ها شکل 2-11 :نمونه ای از صندوقه مکشی برای توربین بادی شکل 2-12 شکل2-13: صندوقه های مکشی آمده برای نصب روشهای طراحی که تا کنون مورد استفاده قرار گرفته اند بر پایۀ مکاینک خاک عمومی و مدلسازی خاک استوار هستند.

آئین نامه ها تا کنون این نوع جدید شمع را مد نظر قرار نداده اند.

اکنون درAPI سعی بر این است تا روشی عملی برای طراحی و نصب مهارها در عمق زیاد ارائه گردد.

2-6-تاریخچه: از زمان اجرای اولین سازۀ فراساحل در سال 1947 تاکنون همواره پی های سازه های فراساحل دچار تغیی و تحول بوده است.

سازه های فراساحل اولیه در آبهای کم عمق بودند و پی آنها تعمبمی از پی های استفاده شده در خشکی بود.

در ابتدا شمع های کوبیده شده توسط چکش که عملیات کوبیدن بالی سطح آب اجرا می شد برای این سازه ها مورد استفاده قرار می گرفت.

با گذشت زمان سازه ها به سمت آبهای عمیق تر حرکت کردند و بزرکتر شدند وچکش هایی با قابلیت کار در زیر آب طراحی و مورد استفاده قرار کفتند.

برای مثال شمع های استفاده در سکوی Cognac در آبی به عمق 313 متر دارای قطر 15/2 متر و طول 190 متر بودند که تقریباً 137 متر در خاک کوبیده سدند.

هر شمع مزنی در حدود 450 تن داشت (Lee&Light ، 1992( .

در خلال تحقیقات برای بهبود سیستم های مهار برای کاربردهای زیر دریا Smith (1966) مهارهای مدفون را مورد بررسی قرار داد.

Goodman و همکاران (1961) مقاومت بیرون کشش نمونهای فنجانی شکل را که بصورت معکوس در خاک نصب شده بود تحت خلا در خاکهای مرطوب تعیین کردند و نشان دادند که استفاده از مهارهای خلا در خاکهای مرطوب عملی است.

Etter&Turpin (1967) مهارهای مکشی زیر آب مورد استفاده مانور برای وسایل یدکی در مجاورت یک زیر دریایی را برای دستیابی به اتصال دریچه به دریچه مطالعه قرار دادند.

آنها به این نتیجه رسیدند که مهارهای مکشی نه تنها راه حلی عملی برای برخی مسائل خاص هستند بلکه تنها راه حل ممکن نیز می باشند.

Brown وهمکاران (1971) بازده مهار مکشی را در خاکهای دانه ای بررسی کردند و بعدها این مدل را در خاکهای دیگر هم آزمایش کردند که نتایج این آزمایشها را Wang و همکاران (1975) در قالب اصولی ابتدایی برای عملکرد و طراحی مهارهای مکشی ارائه کردند.

در ادامۀ این مطالعات آنها (1977)مطالعاتی بر روی ظرفیت بیرون کشش مهارهای مکشی انجام دادند.

آنها با استفاده از تئوری گسیختگی موهر-کولمب یک معادلۀ کلی برای ظرفیت بیرون کشش صندوقه ارائه کردند و صندوقۀ مکشی را به عنوان گزینه ای بسیار مناسب برای مهار کوتاه مدت سکوهای حفاری و سکوهای نیمه شناور تحقیقاتی معرفی کردند.

طرح شمعهای مکشی برای اولین بار در سال 1980 در Gorm Field ارائه شد و بوسیلۀ کشتی های بزرگ برای نصب راهنماهای دریایی ساخته شد.

شاخصۀ بارز در این سازه استفاده از صندوقه هایی با نسبت ظاهری بالا در خاک رس است(Byrne 2000).

اما بدلیل شرایط استثنایی نامناسب بستر دریا، متحمل وقت و هزینۀ زیادی شد و لذا در برابر روشهای دیگر غیر اقتصادی شناخته شد.

بخاطر این مسأله اجرای مجدد این گونه شمعها حدود 10 سال به تعویق افتاد تا اینکه بخاطر پیشرفت در ساخت سکوهای ثقلی دامنی، دوباره در سال 1985 در gullfaks بکار رفت و از نظر تکنولوژیکی مورد تأیید قرار گرفت.

علت استفادۀ مجدد از این شمعها آن بود که در سایت مذکور برای ساخت و اجرای سکوهای ثقلی دامنی احتیاج به دامنهای بزرگی بود لذا برای فرو کردن این دامنها به فکر استفاده از ایجاد خلاء افتادند و با موفقیت در آزمایشات و اجرا، استفاده از این نوع شمعها به سرعت متداول شد.

ظهور مجدد شمعهای مکشی در دهۀ 90 مدیون پیشرفت سکوهای ثقلی بتنی عظیم در خاکهای سست است.

این پیشرفت در اوایل دهۀ 70 در یکی از کارگاههای دریایی شمال شروع شد.

نروژیها سکوهای عظیم بتنی با دامنهایی حدود 20 متر برای اجرا در خاکهای نرم ساختند.

قبل از آن سکوهای بتنی فقط در ماسه متراکم یا رس بیش تحکیمی بکار می رفت و استفاده از دامنهای بلند بسیار جدید بنظر می رسید و بجای آن از روشهای سنتی استفاده می شد.

در سال 1989 سکوی Gullfaks C که تا آن زمان بزرگترین سکوی با پایۀ وزنی بود، اولین سکویی بود که در آن از صندوقۀ مکشی به عنوان پی استفاده شد (Tjelta و همکاران، 1990).این سکو در عمق 220 متری و در خاک رس عادی تحکیم یافته اجرا شد.

یک سیستم زهکشی خاک برای افزایش سرعت تحکیم و در نتیجه افزایش مقاومت و همچنین سرعت بخشیدن به نشست اولیه در آن تعبیه شد (Tjellta وهمکاران،1992).

در حین طراحی سکو دو استوانۀ فلزی مجهز به ابزارهای اندازه گیری پارامتهای مختلف برای انجام بررسی های مورد نیاز تا عمق 22 متر در زیر بستر دریا نصب شدند.

مقاومت در برابر نفوذ در نوک استوانه ها در درون بدنۀ استوانه ها کم میکرد ولی در لایه ها ی رس بر روی مقاومت نوک استوانه ویا اصطکاک جداره تاثیری نداشت (Tjelta و همکاران، 1986).

پی این سازه در کل شامل 16 قسمت بتنی هر کدام با ارتفاع 22 متر و قطر 28 متر بود.

شکل 2-14: عکس سکوی Gullfaks سکوی Snorre اولین سکو با پایۀ کششی بود که در آن مفهوم صندوقۀ مکشی به خدمت گرفته شد (Fines و همکاران، 1991).

در ساخت این سازه صندوقه های مکشی در عمق 320 متری آب نصب شدند.

عملیات نصب پس از بررسی های فراوان بر روی مسائل مربوط به طراحی و همچنین آزمایش های بارگذاری در محل صورت گرفت.

مقایسۀ بین بارهای بیرون کشش پیش بینی شده ومقادیر اندازه گیری شده نتایج قابل قبولی نشان داد و تفاوتی اندک بین آنها (در حدود 6%) مشاهده شد (Stove و همکاران، 1992).

پی این سکو شامل چهار پی با سازۀ شابلونی بتنی بود که هر کدام شامل یک مجموعۀ سه تایی با ارتفاع 20 متر و قطر 17 متر بودند.

سکوی (Draupner E ) Europipe اولین سکویی بود که در آن از صندوقۀ مکشی در ماسه استفاده شد.

صندوقه های مکشی در ماسۀ بسیار متراکم در عمق 70 متری نصب شدند (Tjelta،1994).

پس از عملیات نصب به دلیل کمبود تجربه در زمینۀ اجرای صندوقۀ مکشی در ماسه یک سری آزمایش هایی در محل بر روی یک صندوقۀ مدل مجهز به ابزار اندازه گیری انجام شد.

روابطی بین وزن سازه، مکش اعمال شده و مقاومت در برابر نفوذ و همچنین بین مکش اعمال شده و میزان بالا آمدگی خاک درون صندوقه استخراج شد (Tjelta،1995 و Ebrich&Tjelta ،1999).

پی این سکو شامل چهار صندوقۀ مکشی بود که چهار گوشۀ آن نصب شدند.

قطر هر صندوقه 12 متر و طول آن 45/9 متر بود.

از سال 1995 مهارهای مکشی به عنوا ن گزینۀ مناسبی برای تعداد زیادی از لنگرگاهها شناخته شدند، که همۀ آنها لنگرههای دائمی برای واحدهای تولید نفت و صنایع تولیدی مربوط به آن بودند.

در حین انتخاب شمعهای مکشی هزینه، در ترکیب با مزیتهای تکنیکی مانند دقت در استقرار شمع، عدم نیاز به پیش تنیدگی، دقت بیشتر در تعیین ظرفیت باربری، هندسۀ متفاوت با ضریب ظاهری متنوعی از 5/0 تا 12 و شکل مقطعهای متنوع عاملهای مهمی هستند که مهندسین را برای استفاده از آنها ترغیب می کند.

شمعهای مکشی در اعماق مختلف حتی تا 3000 متری مانند خلیج مکزیک و همچنین در شرایط مختلف –البته بجز بستر شنی یا قلوه سنگی، رسهای خیلی سخت و خاکهای بشدت سیمانته شده- و شرایط بد توپوگرافی مانند منطقۀ Haltenbanken در نروژ که بسیار ناهمگون است ؛ قابل اجرا هستند.

در سالهای اخیر از 200 مهار مکشی در سراسر دنیا کار شده است که موثر بودن آنها را می رساند.

در حال حاضر از صندوقه های مکشی به عنوان پی سکوها در دریای شمال، آفریقا و آمریکای جنوبی استفاده می شود.

همچنین از آنها برای سیستم های مختلف در زیر دریا مانند منابع ذخیرۀ زیر آب، تانکرهای باربرداری، شابلونهای سادۀ سرچاهی در کف دریا و نقاط مهاری برای لوله های زیر دریا، همچنین به عنوان پی توربین های بادی نصب شده در دریا(Houlsby، 2003؛ Byrne و همکاران، 2002) استفاده می شود.

در جدول 2-1 مشخصات برخی از سازه هایی که در آنها از صندوقه های مکشی به عنوان پی یا مهار بند استفاده شده است ملاحظه می شود.

جدول 2-1: مشخصات صندوقه های مکشی استفاده شده در پروژه های مختلف(Byrne،2000وTjelta،2001) ادامه جدول 2-1 شکل 2-15:استفاده از صندوقه مکشی به عنوان پی سکوی ثابت فلزی دریایی(جاکت)دردریای شمال شکل 2-16: استفاده از صندوقه مکشی در عمق 70 متری برای سکوی ثابت فلزی Europipe(Draupner) در نروژ فصل سوم 3-1-مطالعات انجام شده Steensen-Bach در سال 1992 مطالعات پارامتریکی روی مدلهای با نسبتهای ظاهری متفاوت انجام دادند و طبیعت رفتاری نیرو – تغییر مکان را بررسی کردند.

آنها به این نتیجه رسیدند که نیروی بیرون کشش با تغییر مکان افزایش می یابد تا اینکه به یک حد بیشینه می رسد، بعد از آن بتدریج با افزایش تغییر مکان کاهش می یابد.

البته آنها اثرات سرعت بارگذاری، نسبت ظاهری و بقیۀ پارامترها را روی رفتار بیرون کشش بررسی نکردند.

3-2-مطالعات انجام شده بر روی صندوقه های مکشی در ماسه 3-2-1نصب آزمایش هایی برای بررسی مسائل مختلف مربوط به نصب صندوقه های مکشی در ماسه انجام دادند که از صندوقه هایی با نسبت ظاهری 2 استفاده شد.

برای مدلسازی شرایط نصب به وسیلۀ مکش پس از انجام قسمتی از نصب توسط وزن صندوقه و سربار ، آنرا به یک منبع خلاً جیوه وصل کردند.

نصب صندوقه ها با استفاده از مکش، آب را از کف دریا و از منافذ خاک اطراف صندوقه در تودۀ خاک درون به سمت بالا هدایت می کند.

در حین این فراین گرادیان هیدرولیکی به سمت بالا (20-40i=)از گرادیان هیدرولیکی بحرا نی بیشتر میشود که منجرب به بوجود آمدن شرایط سریع و روانگرایی خاک درون صندوقه و زیر نوک آن می شود.

بوجود آمدن شرایط سریع در آزمایش های انجام شده توسط Iskander و همکاران، (2002) با شرایط مشاهده شده در عمل توسط Sneper&Auvergene (1982)و Cocks،(1981) مشابه بود.

همچنین این مشاهدات پدیدۀ رگاب گزارس شده توسط Lansen، (1989) و Brown &Nacci ، (1971) را ذر حین نصب صندوقۀ مکشی و مهارها توجیه می کند.

(Iskander و همکاران، 1993) با طرق مختلف نصب، آزمایشهایی بر روی رفتار شمعهایمکشی در ماسه انجام دادند.

آنها یک شمع را با مکش بیشبنه، کمینه و با دست در ماسه نصب کردند.

در حالتی که شمع با دست نصب شد نیروی مقاوم در برابر نصب در حدود ده برابر حالتهای نصب با مکش بود.

سرعت نصب در حالت مکش می نیمم در حدود ده در صد سرعت حالت مکش ماکزیمم بود.

با این وجود مقداری که خاک محبوس از سطح بستر بالاتر آمد کمتر از حالت مکش ماکزیمم بود.

با این وجود مقدار فشار آب منفذی تولید شده در هر دو حالت مکش می نیمم و ماکزیمم یکسان بدست آمد.

در هر دو حالت نصب پدیده رگاب دیده شد که علت آنرا کمتر بودن نیروی لازم برای نصب شمع با مکش نسبت به نصب با دست و رخ دادن پدیده بالا آمدن خاک محبوس دانسته اند؛ البته با استفاده از پمپهای کف کش و جت آب می توان خاک محبوس بوجود آمده را از بین برد اما این کار باعث کاهش اصطکاک شمع می گردد.

در بیرون کشیدن نمونه های فوق مشخص شد حالت زهکشی نشده مقاومتی در حدود سه تا چهار برابر حالت زهکشی شده دارد.

همچنین حالت نصب شده با مکش می نیمم نیروی بیرون کشش بیشتری از خود نشان داد.

اما در این تحقیقات اثر قسمتی از شمع که در حالت مکش می نیمم بیشتر از حالت مکش ماکزیمم در خاک فر رفته در نظر کرفته نشده است و مسلماً مقداری از این ازدیاد مقاومت بخاطر نفوذ بیشتر شمع در حالت مکش می نیمم است.

در حالتی که شمع با مکش ماکزیمم نصب شده بود، بخاطر شا شدن ماسه در حین نصب اصطکاک داخلی و خارجی جداره در حدود دو سوم حالت مکش می نیمم و حالت نصب با دست بود.

همچنین نتیجه کرفته شد که افزایش نیروی اصطکاک خارجی بخاطر گرادیان هیدرولیکی رو به پائین است.

در ضمن نمودارها نیرو و تغییر مکان آنه با نتایج (Stennsen-Bach،1991-1992) همخوانی مناسبی داشت.

(Allesrsma و همکاران،2000)دو روش اجرای ضربه ای و اجرای پمپاژ پیوسته را با هم مقایسه کردند و به این نتیجه رسیدند که هر دو روش در خاکهای ریز و متوسط دانه انجام پذیر هستند.

ولی روش ضربه ای بیشتر طول می کشد و آب بیشتری باید پمپ شود در عوض کمتر مظنون به رگاب است.

در خاک درشت دانه فقط روش ضربه ای جواب داد.

در حین نصب، خاک درون صندوقه همواره نسبت به خاک اطراف آن بالا میآید و گودی مخروطی کوچکی که صندوقه را احاطه کرده است تشکیل می شود.

تفاوت رقوم خاک بیرون و درون صندوقه به عنوان تودۀ خاک اضافی نامگذاری شده است (Adersen&Jostad،2002 وIskander و همکاران، 2002).

تلاش برای نصب صندوقه های مکشی با استفاده از کمترین فشار مکش به گونه ای که شرایط سریع رخ ندهد صورت گرفته است.

فشارهای منفذی اندازه گیری شده در این آزمایش ها مشابه مقاذیر اندازه گیری شده برای نصب با مکش کامل بود(Iskander و همکاران،2002).

بررسی ها نشان داد که نصب صندوقه ها در ماسه بدون بوجود آمدن روانگرایی و تشکیل تودۀ خاک اضافی غیر ممکن است.

نصب با مقادیر مکش کمتر فقط سرعت کمتری دارد.

نیروی مورد نیاز برای قرار دادن صندوقه در عمق طراحی(عمقی که از آن به بعد باید برای ادامۀ نصب، مکش اعمال شود) تقریباً یک مرتبه از نیروی مکش مورد نیاز برای ادامۀ نصب بیشتر است (Tjelta و همکاران، 1986 و Aneper&Auvergene ،1982).

فشارهای آب منفذی اندازه گیری شده کمی از مقادیر استساتیکی بیشتر است(Iskander و همکاران،2002) که بیانگر این است که در اثر نصب اولیه توسط وزن صندوقه فشار آب منفذی اضافی کمی به وجود آمده است.

رخ دادن شرائط سریع دو کاربرد مهم دارد: اولاً نیروی مورد نیاز برای نصب با مکش از نیروی لازم برای جایگذاری با اعمال نیرو و یا کوبیدن کمتر است و ثانیاً تشکیل تودۀ خاک اضافی طول موثر صندوقه را کم می کند.

در عمل تشکیل یک تودۀ خاک اضافی را می توان با استفاده از پمپ های لایروبی تا حدودی متعادل کرد.

Sneper&Auvergene،(1982) از جت آب یا جت هوا در درون صندوقه برای جلوگیری از تشکیل تودۀ خاک اضافی استفاده کردند، هر چند این عمل ممکن است ظرفیت باربری صندوقه را کم کند.

با افزایش نفوذ صندوقه ممکن است مقاومت خاک به اندازه ای شود که اختلاف فشار ناشی از مکش برای ادامۀ نصب کافی نباشد.

در خاکهای نفوذپذیر آب زیر زمینی از لابلای منافذ به سمت نوک صندوقه جریان می یابد به گونه ای که روانگرایی موضعی تنش را در خاک اطراف نوک صندوقه و بین دیوارۀ صندوقه و تودۀ خاک درون کم می کند و در نتیجه نیروی محرک برای ادامۀ نفوذ صندوقه کفایت می کند (Allesma و همکاران، 2003).

3-2-2بیرون کشش استاتیکی ماسه: Steensen-Bach (1992)، با استفاده از تئوری پلاستیسته برای ظرفیت بیرون کشش کوتاه مدت صندوقه ها در خاکهای ماسه ای و رسی با در نظر گرفتن مکانیزم عمومی گسیختگی برشی روابطی ارائه داد.

همچنین با انجام مطالعات آزمایشگاهی در یافت که در ماسه افزایش مقاومت بیرون کشش صندوقه ناشی از مکش تولید شده در درون صندوقه می باشد.

(Ebrich، 1994) با استفاده از نرم افزار تجاری ABAQUS ظرفیت کششی شالوده های مکشی را در ماسۀ سیلیکاتی متراکم بررسی کرد.

وی در آنالیز خود از یک مدل پلاستیک غیراتساعی بهره جست و به این نتیجه رسید که با افزایش نرخ بارگذاری ظرفیت کششی مهار افزایش می یابد.

(Allersma و همکاران 1997) طی آزمایشات گریز از مرکز خود به این نتیجه رسیدند که رابطۀ بین فشار و عواملی مانند ارتفاع، قطر و ضخامت جداره خطی است.

(Maeno وهمکاران، 2001) ظرفیت بیرون کشش مهارها رادر ماسه سیاتی اندازه گیری کردند و اثرات زاویۀ کشش، نرخ بارگذاری و توزیع مکش دور مهار را بررسی کردند.

آنها دریافتند مکش تولید شده درون مهارهای مکشی مهمترین عامل اثر گذار بر روی ظرفیت بیرون کشش آنها است و تولید مکش تا حد زیادی به نفوذپذیری خاک بستر اطراف شمع بستگی دارد.

بررسی های انجام شده توسط محققین مختلف بر روی رفتار بیرون کشش استاتیکی صندوقه های مکشی شامل بررسی رفتار آنها در حالتهای زهکشی شده و زهکشی نشده می باشد.

در حالت زهکشی نشده تولید مکش باعث افزایش قابل توجه ظرفیت بیرون کشش می شود.

صندوقۀ مکشی در حالت زهکشی نشده ظرفیتی در حدود سه برابر حالت زهکشی شده نشان می دهد(Iskander و همکاران،2002).

مکش تولید شده به آهنگ بارگذاری، طول زهکشی، نفوذپذیری خاک و پارامتر های مقاومتی خاک بستگی دارد.

تا کنون ضابطۀ قابل قبولی برای ارتباط پارامترهای مختلف موثر بر ظرفیت بیرون کشش و آهنگ بارگذاری تدوین نشده است.

در حالت زهکشی شده بار بیشینه در جابجایی حدود 2 الی 3 % طول صندوقه رخ می دهد که این مقدار جابجایی برای بسیج نیروی اصطکاک جداره در شمع و لوله های کوبیده شده در ماسه کافی است(Iskander و همکاران، 2002).

فشار آب اضافی به سرعت به مقدار بیشینۀ خود می رسد وبه آهستگی مستهلک می شود.

تولید و استهلاک این فشارها تابعی از آهنگ بیرون کشش، ضریب نفوذپذیری و طول زهکشی است.

فشارهای منفی تولید شده در درون صندوقه برای نگهداشتن تودۀ خاک درون آن و بالا آمدن آن همراه با صندوقه کافی است.

این مساله باعث می شود که وزن مستغرق تودۀ خاک به وزن صندوقه اضافه شود ولی اصطکاک جداره فقط بر سطح بیرونی اثر کند.

اصطکاک جدارۀ اندازه گیری شده در حالت زهکشی نشده از اصطکاک جداره در حالت زهکشی شده بیشتر است چون با اینکه در حالت زهکشی نشده اصطکاک بز سطح کمتری از جدارۀ اثر میکند ولی تنش عمودی در خاک اطراف صندوقه به علن گرادیان هیدرولیکی رو به پائین،زیاد می شود و در نتیجه مقاومت اصطکاکی در جداره بیشتر می شود.

3-2-3-بیرون کشش تناوبی: برای برسی رفتار صندوقه های مکشی در برابر بار بیرون کشش تناوبی Iskander و همکاران،(2002) بار بیرون کشش استاتیکی در حالت کاملاً زهکشی شده را به عنوان ظرفیت مرجع تعریف کردند.

به نظر می رسد ظرفیت تناوبی با افزایش فرکانس اعمال بار کاهش یابد.

بیرون کشش صندوقه در اثر بار تناوبی زمانی رخ می دهد که قلۀ بار سینوسی از بار مرجع فراتر رود و تا وقتی که این مقدار کمتر از بار مرجع باشد بیرون کشش در تعداد تناوبهای بسیار زیاد رخ دهد.

ظرفیت بیرون کشش تناوبی صندوقه های مکشی به پارامترهایی مشابه ظرفیت باربری استاتیکی بستگی دارد.

بارهای متناوب اثر قابل توجهی بر ظرفیت باربری رو به بالا در جهات افقی و قائم ندارند(Allersma و همکاران 2003).

3-3-مطالعات انجام شده بر بر روی رس 3-3-1نصب اختلاف فشار در درون و بیرون صندوقه باعث نفوذ آن درون خاک می شود.

همانگونه که قبلاً نیز اشاره شد عملیات نصب صندوقه شامل دو فاز است: فاز اول نفوذ صندوقه در اثر وزن آن است و فاز دوم شامل ادامۀ نفوذ توسط ایجاد مکش می باشد.

فشارهای منفذی درون و اطراف صندوقه در حین فاز اول در اثر وزن آن افزایش می یابد.

در فاز دوم فشار در درون صندوقه در اثر اعمال مکش با شیب تندی کاهش می یابد در حالی که فشار در بیرون صندوقه از مکش اعمالی تاثیر بسیار کمی می گیرد ویا حتی ممکن استدر اثر نفوذ بیشتر که در این مرحله اتفاق می افتد، افزایش فشار ادامه پیدا کند(Iskander و همکاران، 2002).