مقاله تعیین شیب بهینه شیروانی های مسلح با ژئوگرید

بخشی از مقاله

.1     مقدمه

خاک از ارزان ترین و فراوان ترین مصالح ساختمانی می باشد که از لحاظ فنی و ژئوتکنیکی نقش بسیار مهمی در پروژه های عمرانی ایفا می کند. خاک اغلب به عنوان توده هایی با مقاومت فشاری بالا و مقاومت برشی پایین که در کشش مقاومت ناچیری دارند شناخته شده است. سهولت دسترسی به این مصالح ارزان، کوشش هایی را به دنبال داشته تا ضعف خاک در برابر کشش را مرتفع نماید و منجر به اندیشهای گردیده که با افزودن مصالحی دیگر به خاک، مقاومت کششی آن افزایش یابد. استفاده بشر از مادهای ثانویه جهت مسلح نمودن و بهبود مقاومت خاک به هزاران سال قبل باز می گردد به طوری که بیش از سه هزار سال پیش بابلیان در ساخت زیگورات ها از خاک مسلح استفاده کرده اند.[

شکل امروزی این مواد، ژئوسنتتیک ها می باشند که استفاده از این مصنوعات پلیمری و فن آوری مسلح کردن مصالح خاکی، سنگریزه ای، زمین طبیعی و دیگر مصالح مرتبط با مهندسی ژئوتکنیک، امروزه در بسیاری از کشور ها از جمله ایران متداول گردیده و تولید آنها در سالهای اخیر رشد بسیار چشمگیری داشته است تا نقطهضعف هایی همچون مقاومت کششی، نفوذپذیری، زهکشی، فیلتراسیون و ... را به ویژه در خاک طبیعی برطرف نمایند.

یکی از مهمترین کاربردهای ژئوسنتتیک ها استفاده از آنها در شیب های خاکی به منظور افزایش پایداری و استحکام و نیز پایدارسازی شیب هایی است که بدون تسلیح ناپایدارند که در این میان ژئوگریدها بیش از دیگر ژئوسنتتیک ها کاربرد دارند و با توجه به اینکه امروزه بسیاری از پروژه های عمرانی در مواجهه با مسائل مربوط به ایجاد شیب ها و شیروانی های خاکی میباشد، بررسی پایدارسازی شیبها به کمک مسلح کننده هایی نظیر ژئوگرید به منظور حفظ ایستایی و جلوگیری از ریزش شیب و تبعات منفی و صدمات جانی و مالی و حفظ سلامت سازه های مجاور از اهمیت بسزایی برخوردار است.

.2     مبانی تئوری:

1.2    مبانی پایداری شیب ها

در شیروانی های خاکی وزن توده خاک تمایل به حرکت دادن آن به سمت پایین را دارد و وقتی که این نیروی گرانشی به قدر کافی بزرگ باشد لغزش توده خاک رخ خواهد داد . از دیدگاه ایستایی ، لغزش وقتی رخ می دهد که نیروهای رانش - ناشی از مولفه وزن - بر نیروهای مقاوم - ناشی از مقاومت برشی خاک در سطح لغزش - غلبه نماید . جهت کنترل ایمنی و تحلیل پایداری شیبهای خاکی لازم است تنشهای برشی ایجاد شده در امتداد بحرانی ترین و محتمل ترین سطح لغزش محاسبه شده و با مقاومت برشی خاک مقایسه گردد که به این نسبت ضریب ایمنی شیب اطلاق می گردد به عبارت دیگر محتمل ترین سطح گسیختگی سطح بحرانی است که حداقل ضریب ایمنی را داراست و زمانی که این ضریب برابر واحد شود شیروانی در آستانه لغزش قرار دارد .معمولاً ضریب ایمنی 1/5 در محاسبات مربوط به پایداری شیبها مورد قبول می باشد

سطح لغزش فرضی می تواند به شکل دایره و یا هر سطح دیگری که امکان لغزیدن قطعه و یا قطعات خاک بر روی آن وجود داشته باشد در نظر گرفته شود. در شکل 1 مهمترین مکانیزمها و یا سطوح لغزش که ممکن است در شیب های خاکی طبیعی و یا خاکریزهای ساخته شده رخ دهند ، نشان داده شده است. با توجه به اینکه در اکثر موارد سطح لغزش ، دایره ای شکل می باشد ، بنابراین فرض را بر لغزش دایره ای قرار می دهیم.

شکل -1 مهمترین مکانیزم های لغزش در سطوح شیبدار خاکی6]و[7

دو روش اصلی که جهت آنالیز پایداری و طراحی شیب های خاکی طبیعی و مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد روش تعادل حدی و روش عددی می باشد.

2.2    نحوه قرارگیری شبکه های ژئوگرید

ژئوگریدها را می توان به طرق مختلفی در بدنه خاکریزها قرار داد . در بیشتر موارد نحوه قرارگیری لایههای تسلیح کننده در خاکریزها تابع شرایط فنی حاکم بر پروژه و روش اجرایی مراحل خاکریزی است. در شکل 2 الگوهای مختلف قرارگیری لایه های تسلیح کننده ژئوگرید درخاکریزهای واقع بر خاک سفت نشان داده شده است . الگوی نشان داده شده در شکل -2 - الف - روش عمومی قرار دادن لایه های تسلیح کننده در خاکریزهاست . شبکه ها به صورت افقی و در جهتی که محور اصلی آنها تحت اثر نیروی های محرک قرار گیرد روی سطح خاک پهن می گردند.

بدین ترتیب شبکه ها می توانند تحت اثر تغییر شکل های احتمالی خاکریز و یا شیروانی بیشترین مقاومت را از خود نشان دهند . در الگوی نشان داده شده طول شبکه ها با یکدیگر برابر بوده و فواصل عمودی بین آنها نسبت به ارتفاع خاکریز تغییر نمی کند .

در شکل - 2 - ب - فواصل عمودی شبکه ها نسبت به یکدیگر تغییر کرده، به نحوی که با نزدیک شدن به محدوده تاج خاکریز فواصل بیشتر شده است . این نوع آرایش شبکه ها هنگامی به کار می رود که تنشهای موجود در بخش پایینی خاکریز به مراتب بیشتر از بخش فوقانی آن باشد. در بسیاری از موارد به علت عدم امکان حرکت تجهیزات سنگین متراکم کننده خاک در حاشیه خاکریزها، مصالح واقع در لبه های خارجی خاکریزها بطور مطلوب متراکم نمی گردند . به عبارت دیگر کیفیت تراکم خاک در بخش هایی از حاشیه خارجی خاکریز با نقاط مرکزی آن تفاوت خواهد داشت

بنابراین در این گونه موارد به طور ناخواسته بدنه خاکریز و شیروانی متصل به آن دچار ضعف هایی خواهد شد . از سوی دیگر تأثیر عوامل خارجی نظیر رطوبت و فرسایش خاک در لبه های خارجی و در زیر شانه های راه از دیگر نقاط بیشتر است . به منظور افزایش پایداری و دوام لبه های خارجی و جلوگیری از ریزش خاک محصور شده در میان شبکه های تسلیح کننده و همچنین جبران کمبود تراکم مورد نیاز خاک در این بخش ها، استفاده از شبکه های ژئوگرید ثانویه - و یا به عبارتی شبکه های مکمل - در میان شبکه های اصلی به تدریج رواج یافته است.

شکل -2 الگوهای مختلف بکارگیری شبکه های ژئوگرید در خاکریز های واقع بر خاک سفت

شبکه های مکمل معمولاً دارای طول کوتاه تری نسبت به شبکه های اصلی ژئوگرید بوده و در میان آنها و در فواصل مناسب به صورت افقی پهن می شوند . در شکل های -2 - پ و ت - نمونه هایی از خاکریز تسلیح شده به همراه شبکه های کمکی نشان داده شده اند .

در شکل -2 - پ - طول شبکه های اصلی به کار رفته با یکدیگر برابر است . در نمونه دیگر نشان داده شده در شکل -2 - ت - طول شبکههای اصلی در ارتفاع تغییر می کند . در برخی موارد به منظور حفاظت هر چه بیشتر از سطح شیروانی ها در خاکریزهای مسلح، لبه های انتهایی شبکه های ژئوگرید قابل انعطاف را پس از برگشت دادن در زیر لایه خاکریز فوقانی قرار می دهند

در این حالت سطح خارجی شیروانی تحت پوشش و حفاظت بیشتری قرار خواهد گرفت . همچنین در پروژه های شهری استفاده از پوشش های خارجی نظیر بلوکهای بتنی، شبکه های فلزی و یا پلیمری همراه با پوشش های گیاهی امریست متداول که به منظور حفاظت و تأمین زیبایی سطح خاکریزها مورد استفاده قرار می گیرد.