بخشی از مقاله
چکیده
فرمول محاسبه ظرفیت باربری نهایی خاک مسلح به صورت افقی و عمودی بر اساس حالت شکست مورد بررسی و مکانیسم ماسه مسلح به صورت افقی عمودی و تقویت شده را مورد ارزیابی قرار گرفته است. دو نوع خاک مسلح شده به صورت جداگانه مورد محاسبه قرار گرفته است.ظرفیت باربری نهایی شالوده های سطحی نواری بر روی خاک های همگن معمولا با استفاده از روش برهم نهی ترزاقی تعیین می شود.
نحوه توزیع تقویت کننده های افقی و عمودی با استفاده از مقاومت باربری خاک در برابر اعضای متقاطع محاسبه شده است. اعضای مسلح عمودی شبیه دیوار حائل رفتار کرده و نحوه اعمال بار و محاسبات آن از تئوری فشار رانکین تبعیت میکند. یک راه حل تحلیلی که شامل پارامترهای عمومی خاک، وزن مخصوص خاک،عرض فونداسیون، تعدادی لایه های عمودی و افقی تقویت کننده خاک و شکل اعضای تقویت کننده ارائه شده است. نتایج به دست آمده با نتایج تجربی مقایسه شده و میانگین خطا برابر 10% و ماکزیمم خطا 20% درصد بوده است.
مقدمه
توسعه ظرفیت باربری پی های سطحی مسلح یکی از موضوعات کلیدی می باشد. برای افزایش جنبه ی سودمندی ظرفیت باربری پی های سطحی تحقیقات گسترده ای صورت گرفته است .[1] بررسی ظرفیت باربری پی های سطحی نواری تقویت شده با نوار فلزی، نشان داد که ظرفیت باربری را می توان تا 200 درصد نسبت به ماسه تقویت نشده بهبود داد
گزارشات نشان می دهد که عمق بهینه بالاترین لایه باید کتر از0,74 تا1 برابر عرض فونداسیون یاشد. [3] خلاصه نتایج مطالعات گذشته آزمایشگاهی بر روی خاک های تقویت شده برای پی های سطحی نشان داده شده است. [9] محققان اظهار داشتند پارامترهای مشخصی شامل عمق مدفون تقویت کننده ها، تعدادی لایه های تقویتی ، فاصله عمودی لایه های تقویتی، عمق تقویت شده و عرض تقویت کننده ها می توانند با عث بهبود ظرفیت باربری شوند
به تازگی علاوه بر تقویت کننده ها ی دو بعدی خاک - تقویت کننده های صفحه ای - ، به تقویت کننده های سه بعدی پیشرفته توجه قابل ملاحظه صورت گرفته است
با مقایسه ظرفیت باربری پی های نواری بر روی ماسه تقویت شده با ژئوسل با تقویت شده با ژئوتکستایل های صفحه ای شکل ، به این نتیجه می توان رسید که زمانی که خاک با ژئوسل مسلح می شود ظرفیت باربری پی های نواری افزایش، نشست پی کاهش و سطح زیر پی نیز برای همان خواص و همان جرم از ژئوتکستایل های صفحه کاهش می یابد
ظرفیت باربری خاک های دانه ای مسلح شده با ژئوگرید - مهار که این نوع تقویت کننده شامل شبکه های ژئوگرید به همراه مهار که توسط یک عضو مکعبی به ژئوگرید متصل می شود، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با مسلح کردن خاک دانه ای با ژئوگرید - مهار ظرفیت باربری نهایی را 1,8 برابر افزایش می دهد. [13] آقای ژانگ در سال 2005 پیشنهاد تقویت کننده افقی - عمودی را که شامل اعضای کوچک متصل شده به صورت عمودی به تقویت کننده افقی می باشد را داد
شکل 1 نمونه ای از یه تقویت کننده افقی - عمودی را نشان می دهد. تحقیقات گسترده سودمند بودن تقویت کننده افقی - عمودی را نشان می دهد .[15,16] چندین تحقیقات آزمایشکاهی و آنالیز عددی تاثیر تقویت کننده های افقی - عمودی را مورد مطالعه قرار داده اند
تاثیر عمق لایه تقویت کننده اول، فاصله عمودی بین لایه ها و تعداد لایه های تقویتی بررسی شده است. تعیین ظرفیت باربری انواع مختلف پی ها یک موضوع مورد علاقه زیبا از نقطه نظر طراحی است. آنالیز های عددی متعددی اثر تقویت خاک در ظرفیت باربری نهایی پایه را بررسی کرده اند
پیشنهاد یک روش تجربی برای محاسبه ظرفیت باربری نهایی پی های مستطیل شکل روی خاک مسلح داده اند و نتایج خود را در آزمایش با مقیاس بزرگ تصدیق داده اند.[26] هدف از این تحقیق مطالعه برای یافتن معادله برای ظرفیت باربری نهایی پی هایی به صورت افقی و عمودی تقویت شده است.
شکل شماره :1 مسلح کننده افقی - عمودی
مروری مختصر از تست های آزمایشگاهی
مطالعات قبلی جزئیات دقیقتری از روش آنجام آزمایش شرح داده است به همین خاطر ما توضیحات مختصری درباره ای روش و تجهیزات لازم جهت انجام آزمایش خواهیم داد. آزمایش در یک جعبه به طول 1.4 m ، عرض 0.6 m و عمق 0.8 m انجام می شود. برای مدل سازی پی از یه صفحه فلزی به ابعاد 0.15×0.592 m در طول و عرض و به ضخامت 25 mm استفاده شده است، ابعاد دانه های ماسه معمولا بین m - 03-2.36 - × می باشد.
وزن مخصوص خاک 19 و زاویه اصطکاک داخلی می باشد. و طول لایه تقویت کننده به صورت افقی 0.75 m و عرض آن 0.02 m و ضخامت آن 0.002 m می باشد و اعضای عمودی تقویت کننده دارای ارتفاع 0.03 m و عرض 0.02 و ضخامت 0.002 m که بر روی عضو افقی از هر 0.075 m ثابت شده است . تعداد 9 عدد از این تقویت کننده افقی - عمودی بر روی یک لایه قرار داده شده است. تعداد N - از 1 تا - 3 لایه از تقویت کننده افقی-عمودی در عمق ماسه برای هر تست جانمایی شده است. عمق هر لایه از قسمت پایین پی تا بالای لایه عضو عمودی لایه با مشخص می شود، خلاصه نتایج آزمایش در جدول شماره 1 نشان داده شده است.
ظرفیت باربری نهایی پی قرار گرفته بر روی ماسه تقویت شده با اعضای افقی و عمودی
همچنان که در مدل آزمایشگاهی و آنالیز عددی نشان داده شده، مسلح کننده افقی - عمودی با عث افزایش مقاومت پی های نواری در برابر جابه جایی های افقی می گردد و باعث توزیع دوباره بار اعمال شده در ناحیه عریض شده و در نتیجه باعث افزایش ظرفیت باربری پی ها می گردد. بنا بر این سهم اعضای مسلح کننده افقی و عمودی در تحمل بارهای اعمال شده و ظرفیت باربری باید محاسبه شود. با توجه به تحقیقات انجام شده [26]فرایند شکست در خاک های تقویت شده همانند خاک های تقویت نشده می توان فرض کرد. ظرفیت بابری پی های تقویت شده از دو قسمت تشکیل شده است، خاک ها و تقویت کننده ها. بنابرین از روش انطباق می توان استفاده کرد. برای مثال معادله شماره 1 ظرفیت باربری پی های نواری تقویت شده با اعضای افقی و عمودی را نشان می دهد.
که در آن ظرفیت باربری نهایی پی های تقویت شده توسط اعضای افقی و عمودی، ظرفیت باربری نهایی متناظر با پی هایی که در روی خاک های مسلح نشده، ظرفیت باربری افزایش یافته به علت بکارگیری اعضای مسلح کننده افقی و عمودی.
روش تعادل حدی معمولا برای ارزیابی ظرفیت بلربری پی های نواری بخاطر سادگی استفاده می شود. [27,28] ظرفیت باربری نهایی پی های نواری با استفاده از مکانیزم شکست برشی عمومی ترزاقی قابل محاسبه است، در نهایت ظرفیت باربری نهایی پی های نواری سطحی با بارگذاری یکنواخت در روی خاک خای یکنواخت معمولا با استفاده از رابطه شماره 2 تعیین می شود.
که در آن ، ، ضرایب ظرفیت باربری، B عرض فونداسیون، q وزن سربار یکنواخت اطراف پی، وزن مخصوص خاک زیر فونداسیون می باشد. برای پی های سطحی که بر روی خاک های غیر چسبنده - - q= 0 , c=0 معادله ظرفیت باربری به صورت زیر می باشد.
نشان داد که مقاومت خاک در برابر اعضای عرضی برای یک گرید مسلح بطول و عرض مطابق شکل شماره 2 با استفاده از رابطه شماره 4 قابل ارزیابی می باشد.
که در آن مقاومت اعضای عرضی مسلح کننده در برابر خاک، S فاصله بین اعضای گرید، تعداد گرید ها، ضریب مقاومت، W ضخامت اعضاء، تنش نرمال می باشد. برای واحد مقاومت باربری ، با استفاده از معادله شماره 5 بدست می آید.
بیشتر مطالعات نشان می دهد که ضریب مقاومت باربری فقط به زاویه اصطکاک داخلی خاک بستگی دارد. نتایج بدست آمده در مقیاس آزمایشگاهی [29] به طور مشخص با رابطه بدست توسط [30] مطابقت خوبی دارد. رابطه ای که بر اساس مکانیزم پارانتل نشان داده شده در شکل 2b استوار است پیشنهاد داده شده است
جدول شماره :1 خلاصه نتایج آزمایشگاهی
شکل شماره :3 دیاگرام شماتیک از مسلح کننده افقی و عمودی
شکل شماره :2 دیاگرام شماتیک برای گرید - شبکه -
که در آن زاویه اصطکاک داخلی خاک می باشد. با افزایش نسبت بین فاصله اعضای باربری گرید و ضخامت اعضای باربری، تداخل بین این اعضا کاهش یافته تا حدی که اعضا به صورت یک سری اعضای جدا از هم عمل می کنند . از این رو مقاومت باربری ناشی از اعضای مسلح کننده افقی و عمودی تقریبا مانند یک سری اعضای باربری جدا از هم می باشد که در شکل 3 نشان داده شده است. این رفتار همچنان که در شکل شماره 3b نشان داده شده است در جهت عمودی اصلاح می شود. با توجه به شکل شماره 3b کرنش در جهت طول پی های نواری تقریبا صفر می باشد. علاوه بر این بخاطر محدودیت اعضای عمودی می تواند تقریبا صفر باشد
