بخشی از مقاله
چکیده
آبشستگی در اطراف پایه های پل هر ساله خسارت های زیادی به پلها در سرتاسر جهان وارد میسازد از این رو مطالعه بر روی کاهش میزان آبشستگی پایه های پل، دارای اهمیت زیادی است. در تحقیق حاضر نصب کابل، طوق و ترکیب همزمان کابل و طوق بر روی پایههایی با مقطع استوانهای شکل، به صورت تک پایه، دوپایه و سهپایه با فاصله سه برابر قطر پایه به عنوان روشی ساده برای کاهش عمق آب شستگی مورد آزمایش قرار گرفته است.
بررسی نتایج نشان می دهد نصب طوق همراه با پیچیدن کابل اطراف پایه های پل در تمام حالات مختلف، عمق آبشستگی را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد از جمله در گروه پایه سهتایی به ترتیب مقدار 56، 80 و 89 درصد عمق آب شستگی را کاهش میدهد و زمان شروع آبشستگی را در تمام گروه پایه ها به تاخیر می اندازد که این تاخیر در پایههای عقبی بیشتر است.
مقدمه
آبشستگی پدیده ایست که در اثر فرسایش بستر توسط جریان آب و حمل مواد بستر توسط نیرویی که این جریان به مواد بستر وارد می کند، بوجود می آید. آبشستگی یکی از موارد مهمی است که در زمینه علم هیدرولیک و هیدرولیک رسوب وجود دارد. مکانیسم این پدیده طوری است که قبل از آنکه سازه در اثرنیروهای مخرب سیل منهدم گردد، در معرض خطرات ناشی از فرسایش اطراف پی خود قرار می گیرد. این پدیده به مرور زمان باعث می شود اطراف پی پایه پل خالی شود و در نهایت به خالی شدن زیر پی می انجامد که سبب تخریب پایه پل می شود. با بکار بردن روشهایی برای کاهش عمق آبشستگی در اطراف پایهها، میتوان پیها را در تراز بالاتری قرار داده و به این ترتیب هزینهها را کاهش داد
استفاده از شکاف، طوق، پاشنه، سنگ چین و غیره تا به حال برای کاهش میزان آبشستگی رسوبات اطراف پایه پل مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراین بررسی موضوع آبشستگی پایه های پل و به کاربردن روش ها و تجهیزاتی برای کاهش آبشستگی اطراف پایه بسیار حائز اهمیت است. در تحقیق حاضر تاثیر استفاده از کابل و طوق در کاهش میزان آبشستگی در گروه پایه ها مورد بررسی قرار گرفته است.
الگوی جریان و مکانیزم آبشستگی در اطراف پایه های پل
الگوی جریان در اطراف پایه های پل بسیار پیچیده بوده که این پیچیدگی با تشکیل حفره آبشستگی در اطراف پایه تشدید می شود. سامانه های گردابی پیچیده ای در اطراف پایه به وجود می آید که عملکرد آنها باعث حفر گودالی در اطراف پایه ها شده که حفره آ بشستگی نامیده میشود. توسعه این گودال در اطراف پایه ها باعث خالی شدن زیر پی ها و در نتیجه خرابی آنها و خرابی پل می شود . دو عامل مهم باعث ایجاد چنین سامانه هایی می شود. الف- برخورد جریان به پایه ب- جداشدن جریان از پایه پل
الگوی جریانی که در اطراف پایه پل شکل می گیرد به طور مستقیم یا غیرمستقیم با یکی از این دو عامل در ارتباط می باشد. برخورد جریان به پایه، گرداب نعل اسبی را شکل داده و جدایی جریان از پایه باعث به وجود آمدن گردا ب هایی که به گرداب برخاستگی موسومند، می شود. الگوی جریان در اطراف یک پایه در شکل 1 نشان داده شده است گرداب نعل اسبی عامل اصلی فرسایش بستر رودخانه در اطراف پایه به ویژه در جلوی آن می باشد
روش های کنترل و کاهش آبشستگی موضعی
چیو در سال 1992 بیان کرد که دو روش اساسی برای محافظت پی پلها در مقابل آبشستگی وجود دارد که عبارتند از : الف- بالا بردن مقاومت مواد بستر در برابر فرسایش که این عمل غالبا با قرار دادن یک لایه محافظ از مواد با دانهبندی درشت یا سنگچین در پای پایه انجام میگیرد.
شکل -1الگوی جریان در اطراف پایه استوانهای
ب- کاهش قدرت عوامل فرسایش یعنی جریان روبهپایین و گرداب نعلاسبی که به این منظور کارهایی از جمله قرار دادن یک طوق یا صفحه گسترده در اطراف پایه انجام میشود. اما امروزه روش سومی نیز برای محافظت پی پلها در مقابل آبشستگی مطرح است که در واقع، ترکیبی از دو روش فوق میباشد. در این روش همراه با کم کردن قدرت عوامل فرسایش، مقاومت مواد بستر نیز بالا برده میشود. این روش میتواند بهصورت استفاده توام از طوق و کابل باشد.
مواد وروش ها:
آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی به طول 10 ، عرض 0/4 و ارتفاع 0/6 متر با کف افقی انجام شده است. یک سرریز قابل تنظیم در پایین دست فلوم وجود دارد که عمق آب در کانال به کمک آن تنظیم میشود. منطقه انجام آزمایشها دارای طول 1/8 متر و ارتفاع 0/19 متر میباشد. این منطقه از ابتدای کانال 3 متر فاصله داشته و در بالا دست و پایین دست این منطقه سکوهایی به طول 1 متر از جنس تفلون به ضخامت 2 سانتی متر نصب شده که رویهء آن همتراز سطح بستر خاک می باشد.
محدوده قبل از این سکوها نقش حوضچه های آرامش را برای جریان خروجی از لوله ی انتقال آب دارا می باشد و قسمت بعد از محدودهی انجام آزمایش، جهت جمع آوری رسوبات فرسایش یافته در نظر گرفته شده است. در این تحقیق تمام آزمایشات با دبی ثابت به میزان 22 لیتر بر ثانیه انجام شده است. برای از بین رفتن تاثیر دیواره های کانال بر آبشستگی موضعی، طبق معیاری که توسط اتما و رودکیوی بیان شده است حداقل نسبت عرض کانال به عرض پایه باید 6/25 باشد
تشکیل ریپل ها در رسوبات غیر چسبنده با اندازه متوسط 0/5 تا 0/7 میلیمتر اتفاق می افتد که باعث ایجاد برجستگیهای کوچک مجزا از هم در بستر میگردد. از این رو برای حصول حداکثر عمق آبشستگی باید از تشکیل ریپل ها جلوگیری شود و بدین منظور قطر متوسط رسوبات باید از 0/7 میلیمتر بزرگتر باشد. برای حذف تاثیر اندازه ذرات رسوب بر عمق آبشستگی نسبت عرض پایه به قطر متوسط ذرات رسوب 50 b / d باید بزرگتر از 20 تا 25 باشد
عدم یکنواختی ذرات رسوب نیز باعث کاهش عمق متعادل آبشستگی میگردد . برای حذف تاثیر غیریکنواختی رسوبات بر آبشستگی موضعی انحراف معیار هندسی ذرات باید کمتر از 1/3 باشد
باتوجه به توضیحات فوق، در این تحقیق از یک نوع ماسه ریخته گری گرد گوشه با چگالی نسبی 2/65 استفاده شده است. برای تامین یکنواختی ذرات رسوب، این مصالح از دو الک متوالی 0/85 و 0/59 میلیمتر عبور داده شد. و رسوبات باقی مانده در میان دوالک برای آزمایش انتخاب گردید - شکل . - 2 این رسوبات دارای قطر بزرگ تر از 0/59 و کوچکتر از 0/85 میلی متر بودند. منحنی دانه بندی رسوبات اولیه مربوط به رسوبات انتخاب شده برای آزمایش در شکل 3 نشان داده شده است.
شروع آبشستگی موضعی در اطراف پایه ها در سرعت برابر نصف سرعت بحرانی در آستانه حرکت ذرات رسوب اتفاق می افتد و در سرعت های کمتر از سرعت بحرانی، شرایط آبشستگی آب زلال برقرار می شود - رودکیوی و همکاران، . - 1983 از آنجا که نزدیک به 80 درصد عمق آبشستگی در 8 ساعت اول انجام آزمایش اتفاق افتاده است تمامی آزمایشهای مربوط به این تحقیق، در مدت زمان 8 ساعت انجام شده است - کومر و همکاران، . - 1999 در طی آزمایش ها سرعت به کار رفته به منظور برقرار شرایط آبشستگی آب زلال، 0/9ucبوده است
