بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله نتایج تحلیل عددی انجام گرفته با یک روش ساخت ابداعی برای سازه های خاک مسلح با ژئوسنتتیک که خاک مسلح پیش تنیده نامیده می شوند را ارائه می نماید . مفهوم خاک مسلح پیش تنیده - - PRSi بمنظور افزایش ظرفیت باربری یک سازه خاک مسلح معرفی گردید و توسعه یافت . اثر پارامترهایی شامل مقاومت خاک ضعیف زیرین ، ضخامت بستر دانه ای ، بزرگی نیروی پیش تنیدگی ، امتداد نیروی پیش تنیدگی و تعداد لایه های تسلیح بررسی شده اند . یک جزء خاک ، به صورت تئوری بصورت یک سازه خاکی بیرون کشیده شده است، و رفتار آن در زیر بارهای وارده تحلیل شده است .از نتایح این تحقیق می توان باین مورد اشاره داشت که مدلهای با ضرایب اندرکنش خاک-ژئوسنتتیک Rint به ترتیب برابر 0/8 ، 1 ، 0/9 ، Rint = 0/85 دارای بیشترین مقدار تنش و کرنش قابل تحمل می باشند .
1. مقدمه
امروزه تسلیح خاک به روش های گوناگون هم از نظر شکل یعنی به صورت نوار، صفحه، شبکه، میله یا رشته، هم از نظر زبری سطح یعنی به صورت سطح زبر یا صاف و هم از نظر سختی نسبی یعنی با سختی نسبی بالا مانند فولاد یا با سختی پایین مانند منسوجات پلیمری مورد استفاده واقع می شود. از دهه 80 میلادی به بعد استفاده از پلیمرهای مصنوعی به نام ژئوسنتتیک ها1 بطور گسترده ای متداول گردید
دلیل این مسئله می تواند ناشی از عملکرد بهتر این محصولات با سختی نسبی پایین که هماهنگی بهتری با خاک دارند، نسبت به مصالح تسلیح کننده فلزی با سختی بالا باشد. این منسوجات پلیمری یا مصنوعی به دلیل سختی نسبی پایین، از نظر تغییر شکل پذیری با خاک سازگارتر می باشند.
علاوه بر این، منسوجات تراوادر مواجه با خوردگی مقاوم هستند و بعضی از انواع آنها در برابر حملاتباکتری ها و اسیدها پایدارند و غیر سمی نیز می باشند. امروزه علاوه بر استفاده از مصالح مسلح کننده که در جهت مشخصیمعمولاً - بصورت افقی - در توده های خاک بکار گرفته می شود، از رشته های مجزا که بطور تصادفی در توده خاک توزیع می شوند، نیز استفاده می شود. اجزای تشکیل دهنده یک دیوار خاک مسلح با ژئوسنتتیک به شرح زیر می باشند:
خاک: شامل خاکریز مسلح شده و خاک بستر زیر پی می باشد.
عناصر مسلح کننده: شامل شبکه ژئوگرید و یا لایه ژئوتکستایل می باشد.
پوسته: از انواع نمادهای متنوع، زیبا و مستحکم بتن پیش ساخته همراه با مکانیزم اتصال تعبیه شده در آنها می توان استفاده کرد.
ژئوسنتتیک ها منحصراً شامل محصولات پلیمری مصنوعی ساخته شده از الیاف تولید شده از مشتقات نفتی هستند که خاصیت اصلی آنها فسادناپذیری در مقابل عوامل درون خاک است.
پلیمرها به شکل دانه ای در مجتمع های پتروشیمی تولید می شوند. در طی روند بعدی تولید محصول، این مواد دانه ای ذوب و پس از منجمد شدن به شکل المان صفحه ای، نوار و نخ درمی آید. در مرحله ذوب شدن قبل از انجماد افزودنی ها اضافه می شوند. این افزودنی ها به منظور بهبود ویژگی های مهندسی مطلوب مصالح پایه ای مخصوصاً اصلاح حساسیت آنها اضافه می شوند.
محصولات نهائی عمدتاً شامل الیاف های بافته شده و نشده، شبکه ها، حصیرها و کامپوزیت ها میباشند. ژئوسنتتیک ها در پنج گروه کلی ذیل طبقه بندی می شوند:
· ژئوتکستایل ها1
· ژئوگریدها2
· ژئوممبرین ها3
· ژئونت ها4
· ژئوکامپوزیت ها5
2. ژئوگریدها
ژئگریدهاو به عنوان یکی از انواع ژئوسنتتیک ها، محصولاتی پلیمری هستند که معمولاً به شکل شبکه های مشبک منظم در یک جهت یا دو جهت ساخته می شوند. این شبکه ها و بخصوص حفره های میان آنها باعث می شوند که ذرات خاک یا مصالح سنگی بخوبی با آنها درگیر شده و مجموعه ژئوگرید و مصالح اطراف آن از خاصیت قفل و بست خوبی برخوردار گردد.
بدین ترتیب ژئوگرید بکار رفته در لایه های خاک، همانند عناصر مقاوم در برابر کشش عمل کرده و در نواحی که تنش ها و تغییر شکل های کششی در خاک به وجود می آید به خوبی می تواند نیروها و تغییر شکل ها را در خود مهار کند. از ژئوگرید در کاربردهای متعدد عمرانی چون تسلیح دیوارهای حائل، شیروانی ها و پی های سطحی استفاده می شود. برای کاربردهایی که سختی کششی زیاد و مقاومت تقویت کنندگی بالا مورد نیاز باشد، بیشتر از ژئوگرید استفاده می نمایند. ژئوگرید بصورت گسترده ی، برای ایجاد ظاهری دلپذیر در خاکریزها و دیوارهای حایل استفاده می شود، در این حالت اتصال بین بلوکها و ژئوگریدها نقش مهمی در طراحی بازی می کند.
روش مسلح سازی خاک با استفاده از ژئوسنتتیک، یک روش اصلی در بهسازی خاک درعلم ژئوتکنیک در طول سه دهه اخیر می باشد. استفاده از آن به سرعت درسرتاسر جهان درحال رشد می باشد. به تازگی بحث توسعه جهانی شالوده ای مطرح می شود و افزایش نیاز برای احیای زمین ها و استفاده از خاک های فونداسیون های نرم، وجود دارد. قراردادن یک بستر دانه ای روی خاک ضعیف، ساده ترین روش بهسازی زمین است که سبب کاهش نشست وافزایش ظرفیت باربری خاک ضعیف می شود. استفاده از بستردانهای مسلح ژئوسنتتیک - RGB - روی خاک ضعیف، علاوه برکاهش نشست، سبب افزایش بسیاری از مطالعات تحلیلی وآزمایشگاهی به منظور بررسی رفتار بستر دانه ای مسلح برای تیپ های مختلف خاک صورت پذیرفته است.
.3 بیان مسئله
با گسترش پروژه های ژئوتکنیک در سرتاسر جهان در مناطق شهری و مشاهده خطرات ناشی از گودبرداری غیرایمن، ضرورت بررسی و تحقیق بر روی روش های جدید حفاظت از شیب دیواره گود، بیش از پیش احساس می شود. از متداول ترین این روش ها استفاده از سیستم تسلیح دیواره های خاک می باشد. تغییر در شیب دیواره گود ، شیب میخ ها و مشخصات خاک - چسبندگی و ضریب اصطکاک - موجب تغییر در ضریب اطمینان پایداری گود خواهد شد. . بررسی تأثیر عددی شیب دیواره گود، شیب میخ ها، نحوه طراحی مهار و مشخصات خاک در ضریب اطمینان، می تواند برای طراحی بهینه به کار رود. با توجه به تحقیقات گذشته با کاهش زاویه شیب دیواره میخ گذاری شده، ضریب اطمینان بالاتری حاصل و زوایای بهینه قرارگیری میخ ها نسبت به افق افزایش می یابد.
استفاده از ژئوسنتتیک بمنظور بهبود ظرفیت باربری و عملکرد نشست پی های سطحی، ثابت شده است که یک سیستم پی موثر - مقرون به صرفه می باشد. در شرایط خاک مجاور، ژئوسنتتیک قابلیت استفاده از پی های سطحی در پی های عمیق گران تر را بهبود می بخشد. این کار بوسیله تسلیح مستقیم خاک چسبنده یا جایگرینی خاکهای ضعیف با بسترهای دانه ای قوی تر در ترکیب با ژئوسنتتیک مسلح کننده انجام می شود. ژئوسنتتیک امروزه بمنظور کاربردهای زیادی و نه فقط در مهندسی ژئوتکنیک مورد استفاده قرار می گیرد. بدون استفاده از ژئوسنتتیک مسلح کننده، بسیاری از پروژه های ساخت جاده در سرتاسر دنیا با موفقیت به سرانجام نمی رسند
درمناطق کم ارتفاع با خاکهای پی ضعیف، بستر دانه ای مسلح با ژئوسنتتیک می تواند روی خاک ضعیف قرار گیرد. خاک ترکیبی حاصله - بستر دانه ای مسلح - ظرفیت باربری پی را بهبود بخشیده و توزیع فشار بهتری در بالای خاکهای ضعیف پهن شده فراهم میآورد. از اینرو، کاهش نشست های مرتبط را شاهد خواهیم بود. حین 30 سال گذشته، استفاده از خاکهای مسلح به منظور نگهداری پی های سطحی قابل توجه بوده است
مدلسازی و معرفی پارامترهای مورد استفاده
در این پژوهش بعضی پارامترها شامل هندسه مدل، وزن مخصوص - - ، نسبت پوآسون - - ، مدول الاستیسیته - E - ، چسبندگی - C - و زاویه اصطکاک - - ، طول ژئوگرید، تعداد ژئوگرید، زاویه اتساع - - ، شرایط مرزی هندسی، تعداد لایه های تسلیح، بارگذاری و مش بندی ثابت مورد بررسی قرار گرفته اند و پارامترهای سختی محوری ژئوگرید - EA - ، فاصله قائم بین لایه های ژئوگرید و طول ژئوگرید به عنوان متغیر فرض شده اند.
.4 فرضیات پژوهش
فرضیات پژوهش به شرح زیر می باشند :
- در این پژوهش شکل پی به صورت دایره ای مسطح فرض شده است و با شعاع 5 متر می باشد. مشخصات خاکهای مورد استفاده در مدل به این صورت می باشد که مدل خاک مسلح سازی شده شامل دو لایه خاک به شرح لایه خاک ضعیف زیرین به ضخامت 17 متر و لایه خاک دانه ای بالایی به ضخامت 8 متر می باشد. مدل مورد استفاده در تحقیق دارای وزن مخصوص خشک و اشباع لایه خاک دانه ای به ترتیب برابر KN/ M 3 18 و 19 می باشد و وزن مخصوص خشک و اشباع لایه خاک ضعیف به ترتیب برابر با 17 KN/ M 3 و 17,6 می باشد. نسبت پوآسون خاکهای مدل مورد نظر برابر با 0/3 می باشد.
- مقدار زاویه اصطکاک در خاک ضعیف برابر با = 12 deg و در خاک دانه ای برابر =31 deg می باشد. در این تحقیق، - Rinter - ، فاکتور کاهش مقاومت، دارای مقدار 1 می باشد.
- زوایای اتساع در این تحقیق صفر فرض شده اند.
- عنصر تسلیح ژئوگرید : - Geogrid - ژئوگرید مورد استفاده در تحقیق، دارای سختی محوری برابر 6E +4 - KN/M - و جرم واحد سطح ژئوگرید برابر g 730 می باشد. طول ژئوگرید مورد استفاده در مدل های هندسی 5، 6، 7 و 8 متر می باشد.فاصله قائم بالای اولین لایه تسلیح تا زیر پی دارای مقادیر 1، 2، 3 و 4 متر می باشد.
- تعداد لایه های مسلح کننده : - Number of reinforcement layers - - N - در این تحقیق از دو لایه مسلح کننده ژئوگرید استفاده شده است.
