بخشی از مقاله
خالصه
احداث پیهای سطحی بر روی خاکهای ضعیف مشکالت نشست بیش ازحد و گسیختگی برشی را در بردارد. لذا استفاده از انواع ژئوسنتتیکها برای جبران این ضعف در دهههای اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. ژئوسل یک نوع از این مسلح کنندههاست که به دلیل ساختار سه بعدی و تأمین محصور شدگی الزم برای خاک درون سلولهای خود، عملکرد مناسبی از لحاظ افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست خاک زیر پی دارد. روش های تئوری مختلفی برای تحلیل پیهای واقع بر خاک مسلح شده با ژئوسل مطرح شده ولی تاکنون روش مدونی برای طراحی ارائه نشده است.
در این تحقیق یک رابطه برای پیش بینی ظرفیت باربری پی نواری واقع بر خاک دانهای مسلح شده با ژئوسل، به روش تعادل حدی با توجه به مکانیزم مسلح کننده ژئوسل مبتنی براثر توزیع تنش و اثر محصور شدگی، ارائه شده است. روش مطرح شده با نتایج حاصل از آزمایش بر پی نواری واقع بر بستر مسلح شده با یک الیه ژئوسل مقایسه شده و تصحیح شده است. نتایج نشان می دهند که این روش توانایی الزم برای تخمین مناسب ظرفیت باربری پیهای نواری واقع بر خاک مسلح شده با ژئوسل را داراست.
مقدمه
ساخت و ساز برروی خاکها با مقاومت پایین مشکالت متعددی را برای طراحان و پیمانکاران بهوجود میآورد. روشهای مرسوم مختلفی جهت بهبود ویژگیهای خاک از قبیل تثبیت خاک، پیش بارگذاری، خاکریزی، خاکبرداری و جایگزینی خاک و غیره وجود دارد . همیشه این روشها از لحاظ زمان، اقتصادی و اجرا عملی نیستند. تسلیح خاک با استفاده از ژئوسنتتیکها مانند ژئوسل، ژئوتکستایل و ژئوگرید و ... یک روش اقتصادی است که امروزه توسعه چشمگیری یافته است.
در میان انواع ژئوسنتتیکها، ژئوسل به عنوان یکی از محصوالت جهت تسلیح خاک در پروژههای مختلف صنعتی، سدسازی، راهسازی، سازههایی از قبیل دیوار حائل، بهسازی خاک زیر پی وغیره میباشد. به طور کلی ژئوسل به دلیل ساختار سلولی خود با مکانیزم جالبی قادر است با ایجاد محصور شدگی الزم و ایجاد فشار همه جانبه برای خاک داخل سلولهای خود و با توزیع و پخش بارهای وارده در سطح وسیعتر، همچنین با داشتن سختی و مقاومت باال، منجر به افزایش چشمگیر ظرفیت باربری خاک و کاهش نشست خاک مسلح در مقایسه با خاک غیرمسلح میشود.
دش و همکاران - [1] - 2004؛ ژائو و ون [2] - 2008 - ؛ مدهوی التها و ساموانشی [3] - 2009 - ؛ مقدس تفرشی و داوسون - [4] - 2010 و محققین دیگری برتری ژئوسل را نسبت به سایر مسلح کنندههای خاک نشان دادند. ظرفیت باربری پیهای مسلح شده از دو عامل خاک و مسلح کننده تاثیر میگیرد؛ و روشهای تحلیلی مختلفی برای ارزیابی آن وجود دارد که مبنای بسیاری از روابط متداول ظرفیت باربری، روش تعادل حدی میباشد. با وجود تعداد زیاد مطالعات انجام شده در زمینه تسلیح خاک با ژئوسل، مطالعات تحلیلی اندکی توسط محققین انجام شده است .
دش و همکاران [5] - 2007 - به بررسی بهبود ظرفیت باربری خاک مسلح شده با ژئوسل، تحت تاثیر پخش تنش قائم در یک سطح وسیعتر و عوامل تاثیرگذار بر زاویه پخش تنش پرداختند. ژانگ و همکاران [6] - 2009 - با در نظر گرفتن دو عامل توزیع تنش قائم و اثر غشایی به بررسی تحلیلی عملکرد ژئوسل در تسلیح خاک پرداختند. اوسانی نتو و همکاران [7] - 2012 - روشی را برای تخمین ظرفیت باربری خاک مسلح شده با ژئوسل با در نظر گرفتن دو عامل توزیع تنش قائم و مقاومت جانبی ارائه نمودند.
کورنر - [8] - 1994 و پرستو [9] - 2008 - یک روش محاسبه ظرفیت باربری فونداسیون سطحی واقع بر بستر مسلح با یک الیه ژئوسل، برمبنای اثر محصور شدگی به روش تعادل حدی ارائه دادند. در این مقاله با توجه به کاربرد رو به گسترش ژئوسل در تسلیح خاکها، یک روش تحلیلی تعادل حدی به دلیل سادگی در خصوص پیش بینی ظرفیت باربری پی نواری واقع بر بستر ماسه مسلح با یک الیه ژئوسل مبتنی بر اثر مقاومت جانی و اثر توزیع تنش قائم ارائه شده است. همچنین به منظوراعتبار سنجی و بررسی عملکرد، روش تحلیلی مورد نظر با نتایج حاصل از آزمایش بر پی نواری واقع بر بستر مسلح شده با یک الیه ژئوسل مقایسه شده است. نتایج نشان دهندهی توانایی الزم روش مطرح شده برای تخمین مناسب ظرفیت باربری پیهای نواری واقع بر خاک مسلح شده با ژئوسل است.
.2طرح مسئله و مدلسازی
یک پی نواری به عرض B واقع بر خاک ماسه مسلح شده با یک الیه ژئوسل به ضخامت h و بدون هیچ فاصلهای یا با فاصلهای بسیار جزیی از کف پی مطابق شکل - .1الف - در نظر گرفته شده است.سلولهای ژئوسل با قطر معادل d مطابق الگوی مثلثی که در شکل - .1ب - مشاهده میشود، به یکدیگر اتصال دارند.
.3 تحلیل ظرفیت باربری پی مسلح شده
برای محاسبه ظرفیت باربری پی نواری مسلح شده با ژئوسل از روابط مربوط به روش مطرح شده توسط اوسانی نتو و همکاران [7] که مکانیزم بهبود عملکرد ژئوسل مبتنی بر دو عامل اثر محصور شوندگی و اثر توزیع تنش است، استفاده شده است. اوسانی و همکاران رابطه - - 1 را برای پیش بینی ظرفیت باربری انواع پی سطحی - نواری، مستطیلی و دایرهای - ، ویژگیهای هندسی متفاوت ژئوسل و مصالح خاکریز متفاوت - ماسه و رس - به صورت رابطه - 1 - ارائه دادند.
.1 .3 اثر محصور شوندگی
ژئوسل به دلیل ساختار سه بعدی تحت بار قائم، دیوارههای سلول ژئوسل به طرز موثری خاک درون محفظه را در برابر فشار و دور شدن از ناحیه زیر بارگذاری محدود می کند و از تشکیل سطح گسیختگی جلوگیری میکند در نتیجه منجر به افزایش مقاومت جانبی خاک میشود - شکل. - 2 با افزایش تنش همه جانبه و تنش برشی ایجاد شده بین خاک داخل پاکت ژئوسل و جداره سلول ژئوسل، میتوان افزایش مقاومت جانبی ناشی از این اثر را با فرض یک مثلث متساوی الساقین معادل با مساحت یک دایره به قطر d و ارتفاع h و تعداد سلولها تحت بار وارده به ژئوسل طبق رابطه - 3 - محاسبه کرد.
.2 .3اثرتوزیع تنش
بدنبال مقاومت جانبی ایجاد شده به دلیل اینکه سلول های پرشده به یکدیگر متصل هستند، ژئوسل مانند یک حصیر بزرگ عمل می کندو بار اعمال شده را در یک سطح توسعه یافته پراکنده می سازد و باعث کاهش تنشهای انتقالی به خاک زیر الیه ژئوسل و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری خاک می-شود. در شکل - 3 - توزیع بارP با زاویه و در فواصل برابر h در طرفین صورت میگیرد و P* بار منتقل شده به سطح توسعه یافته است.
