بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحي ژئومت ها براي حفاظت از فرسايش خاک ناشي از جريانهاي آب
خلاصه
ژئومت به عنوان يکي از سازه هاي جديد براي حفاظت از مناطقي که خاکهاي مستعد براي فرسايش در ناحيه رودخانه ها و يا نواحي ساحلي را دارا مي باشند ، تعريف مي شود. در اين مقاله تعريف صريح و دقيقي از آن بيان شده و نقطه تمايز آن از ژئوتيوبها مورد توجه قرار گرفته است . فرضيات لازم براي طراحي آن بيان شده و مراحل لازم براي طراحي آن مدنظر مي باشد. از ويژگي هاي اين مقاله مي توان به اين نکته اشاره کردکه بدون نياز به بدست آوردن شکل مقطع ژئومت مي توان با استفاده از فرمولهاي ارائه شده، ويژگي هاي لازم براي طراحي ژئومت را بدست آورد.
.1 مقدمه
ژئومت ها که خود عضوي از خانواده ژئوسنتيک تيوب ها مي باشند ، براي پروژه هاي متعددي ازجمله ساخت بند ها و خاکريزها ، کنترل سيلاب ها ، حفاظت ار سواحل مستعد فرسايش و گرفتن آب لجن ها در بسياري از کشورهاي دنيا مورد استفاده قرار مي گيرند . به طور معمول تيوب هاي ژئوسنتيکي با دوخته شدن و يا چسب زدن ورق هاي زئوسنتيک به يکديگر شکل مي گيرند و آنگاه به وسيله آب ويا دوغ آب ماسه اي و يا رسي و يا لجن هاي ضايعاتي پرمي شوند .در گاهي مواقع تيوب هاي ژئوسنتيکي به يکديگر متصل شده تا بند و خاکريز با ارتفاع بيشتر ويا نوع ديگري از سازه ها را تشکيل دهند ، به هر حال کاربرد تشک ها و تيوب هاي ژئوسنتيکي از موارد جديد در علوم مهندسي عمران محسوب ميشود[١].
اصطلاح تشک ژئوسنتيکي که در اين مقاله به عنوان ژئومت (Geomat) از آن ياد ميشود براي مواردي کاربرد دارد که ژئوسنتيک محصور کننده داراي سطح صاف و تخت بوده ، توسط آب ويا خاک پر شده و بعد افقي آنها از بعد قائم آنها بسيار بزرگتر است . آنها نمونه خاصي از ژئوسنتيک تيوبها مي باشند که اگر بخواهيم بصورت کمي تعريف کنيم ، نسبت ارتفاع آنها به عرض شان کوچکتر يا مساوي ٠,١٦٣ مي باشد که در ادامه به طور مفصل توضيح داده خواهد شد[٢]. نمونه هايي از ژئومت هاي اجرا شده در شکل ١ نشان داده شده است .
استفاده از ژئومت در ساخت و ساز ها داراي مزاياي زيادي مي باشد که در اينجا به برخي از آنها اشاره شده است :
١- در ژئومت با توجه به اينکه بعد جانبي آن در مقايسه با ارتفاع ، بسيار بزرگتر است مشکل پايداري جانبي را نخواهيم داشت .
٢- پر کردن ژئومت به مراتب با افزايش ورودي هاي بارگيري آسانتر خواهد شد .
٣- بند ها و سازه هاي ساخته شده به وسيله ژئومت توانايي تطبيق يافتن با نشست هاي نسبي را دارندکه اين امر خود باعث عدم نياز به زيرسازي و ساخت پي در زير آنها مي شود .
ژئوسنيک تيوب ها توسط افراد متعددي مورد بررسي قرار گرفته که بسياري از آنها با توجه به ويژگي هاي ساختاري ژئومت ها که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شـد روش مناسـبي را ارائه نکرده ، لذا در اين مقاله روش مناسـب و کـاربردي براي تعريف ژئومت مورد توجه قرارگـرفته و معرفي مي شود. اين نکته بايد مورد توجه قرار گيرد که روش معرفي شده در اينجا براي ژئومت هاي نفوذ ناپذير پر شده توسط دوغ آب و يا آب کاربرد دارد .
بسـيار ايده آل خواهد بودکه اگر بتوانيم ژئومت ها را با اسـتفاده از خـاک موجود در محل اجراي پرکنيم که اين امر باعث اقتصادي ترشدن پروژه مي شود .
از ويژگي هاي مواد پرکننده ژئومت مي توان اظهار داشت که اولاً خاک بايد توانايي آن را داشـته باشدکه به فرم دوغ آب درآمده و به طور مناسبي جريان يابد تا بصورت يکنواخت درون ژئومت را پرکند و ثانياً خاکي که به درون ژئومت پمپاژ مي شود بايد اين قابليت را داشته باشد که حتي الامکان تحت اثر وزن خود به سرعت نشست کرده ويا اگر در شرايط دريايي باشد در اثر نيرو هاي موج تحکيم يابد. آزمايشات نشان مي دهد ، خاکي که براي پرکردن ژئومت در نظر گرفته مي شود بايد داراي شاخص پلاستيسيته کمي باشد[٣].
٢. متد تحليلي پيشنهاد شده :
از نظر هندسي ژئومت را ميتوان يک بالشتک که بصورت تخت مي باشد و ضخامت آن در مقايسه با ابعادش از هر جهت بسيار کم مي باشد تعريف کرد.فرض مي شود که ژئوسنتيک تشکيل دهنده ژئومت در ابتدا و پيش از پرشدن صاف و خالي بوده ( يعني هوا و آب درون آن وجود نداشته )، قسمت فوقاني آن پس از برقراري فشار آب براي پر کردن آن کماکان صاف و تخت باقي مي ماند ، فرض اخير را ميتوان با استفاده از شکل ٢ توضيح داد.[٤]
اين گونه فرض مي شـود که پيزومتري بر روي ژئومت قرار گـرفته در حالـي که سـطح فوقاني ژئومت کـاملا افقي مي باشـد ، ارتفاع آب درون پيزومتر برابر ارتفاع ژئومت مي باشد ( ١-Mattress از شکل ٢) ، چنين ژئوسنتيک محصور کننده اي را ژئومت مي نامند . و اما اگر ارتفاع آب درون پيزومتر بيشـتر از ارتفاع ژئوسـنتيک محصـور کننده باشـد (٣-Tube از شـکل ٢ ) به اين معني اسـت که فشـار آب در درون ژئوسنتيک محصور کننده وجود دارد و ناحيه فوقاني آن بجاي حالـت افقي ، برآمدگي دارد در چنين شـرايطي به آن ژئوسنتيک تيوب ميگويند که بحث آن خارج از مباحث ارائه شده در اين مقاله مي باشـد. شـکل مقطع ژئوسـنتيک محصور کننده در شـرايطي که ارتفاع آب درون پيزومتر به مقدار بسـيار اندکي بيشتر از ارتفاع خود ژئومت مي باشد ( حد بالايي تعريف ژئومت ) ، شکل مقطع مبناي محاسباتي ناميده مي شود ( ٢-Mattress از شکل ٢) .
٢-١. فرضيات اوليه :
فرضيات زير براي حل تحليلي ژئومت بايد لحاظ شوند :
١- ژئومت بايد به اندازه کافي طويل فرض شود و لذا رفتار کرنش در آن به صورت مسئله کرنش صفحه اي مي باشد .
٢- ژئوسنتيک تشکيل دهنده ژئومت نازک و انعطاف پذير مي باشد و وزن آن قابل صرفنظر کردن است .
٣- افزايش طول در صفحات ژئوسنتيک تشکيل دهنده ژئومت ناديده گرفته مي شوند .
٤- از اصطکاک مابين ژئومت و مواد پرکننده آن و نيز بين ژئومت و کف صلب صرفنظر شده است .
٥- نيروي کششي در طول صفحه ژئوسنتيک مقدار ثابتي مي باشد .
٦- تمام ژئومت توسط يک نوع ماده پرکننده پرشده و هيچ فشار آب خارجي بر روي آن اعمال نشده است .
برخي از فرضيات بالا همسو با فرضيات لحاظ شده براي ژئوسنتيک تيوب ها در کارهاي افرادي چون( ... ,(١٩٩٦) Leshchinsky et al) مي باشد.
٢-٢. مشخصات مقطع ژئومت :
بايد توجه داشـت که شرايط براي ژئومت بصورت متقارن مي باشد و دياگرام جسـم آزاد براي نصـف مقطع از ژئومت در شـکل ٣ نشـان داده شـده است . همانگونه که ذکر شد ، فرض شده که ژئومت تنها توسط يک نوع سيال پر مي شود که داراي وزن مخصوص γ مي باشد. به تبعيت از تبديلاتي که (١٩٩٦ , Leshchinsky et al) ارائه داد مختصات x براي جهت قائم و مختصات y براي جهت افقي در نظرگرفته مي شود و محل مبدا مختصات در محل بالاي مقطع قرار مي گيرد .
پارامتر هايي که در شکل ٣ قرار دارند به صورت زير تعريف مي شوند :
B عرض مقطع ژئومت . H ارتفاع مقطع ژئومت . b عرضي از مقطع که با بسـتر در تماس است . T نيروي کشـشي ايجاد شـده در ژئومت به ازاي طول واحد. با توجه به تقارن هندسي جهت نيروي کشـشي در بالا و پايين مقطع بايد به صورت افقي همانگونه که در شـکل ٣ نشان داده شده است باشد . با نوشـتن معادله تعادل نيروها در جهت افقي ، مقدار نيروي کشـشي را ميتوان از معادله (١) بدسـت آورد، قابل توجه اسـت که نيروي کشـشي در طول ژئومت وابسته به توان دوم ارتفاع آن و وزن مخصوص مايع پرکننده آن مي باشد .
حال جزء بينهايت کوچـک از منحني تشـکيل دهنده شـکل ژئومت به طول ds در نقطه دلـخواهي همانند (S(x,y به عنوان قوسـي که داراي مرکز C و شعاع r است را همانند شکل ٤ در نظر مي گيريم . زاويه مابين مماس در نقطه (S(x,y و محور x ها را با θ نشان داده و معادلات زير را با
توجه به شکل ٤ بدست مي آوريم .
