ظرفیت باربری پی ها و کاربردهای ژئوسینتتیکها
۲-۱ مقدمه
باربری نهایی پیها از دیرباز مدنظر بوده ودراین بین عوامل و پارامترهای بسیاری ازجمله پارامترهای مقاومت برشی خاک، شکل و ابعاد پی، عمق پی، شیب سطح زمین، شیب خود پی، مایل بودن و یا خروج ازمرکزیت بار، سطح آب زیرزمینی، لایه لایه بودن خاک و میزان تراکم خاک بر مقدار آن موثر میباشد. در این بین عوامل دیگری نیز وجود دارند که علی رغم موارد کم برخورد با آنها، در موقع حضور تاثیر بسیاری برظرفیت باربری نهایی پی میگذارند. از جمله این موارد میتوان به وجود حفرات زیرزمینی در خاک اشاره کرد که در صورت مجاورت با پی، یکی از عوامل تعیین کننده در ظرفیت باربری نهایی پی خواهند بود. امروزه ساخت بناهای زیرزمینی به شکل گستردهای توسعه یافته است، بطوریکه با توجه به نیازهای روزافزون بشر و با پیشرفت دانش وتکنولوژی، دامنه فعالیت انسان به زیرخاک و حتی در زیر سازه های موجود در مناطق شهری رسیده است. در این خصوص نمونه های متعددی از سازه های واقع بر روی حفره ها و تونلها وجود دارد. این حفره ها میتوانند نتیجه فعالیتهایی از قبیل اکتشاف معدن و یا حفر تونل باشند. وجود حفره در خاک باعث کاهش ظرفیت باربری پیهای سطحی نزدیک به حفره میشود که میزان این کاهش، تابع عوامل متعددی از جمله نوع خاک، تراکم، عمق مدفون حفره، خروج ازمرکزیت حفره نسبت به پی، هندسه حفره وعمق پی میباشد. بدیهی است که با وجود تفاوتهای عمدهای که در وضعیت تنشها در خاکریز پی برای حالت بدون حفره و حالت باحفره وجود دارد، به هیچ وجه نمی توان رفتار مشابهی را برای این دو حالت متصور شد. درواقع مکانیزم گسیختگی خاک در زیر پی برای این دو حالت با یکدیگر تفاوت
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
عمده ای دارد.
۲-۲- مبانی ظرفیت باربری
ظرفیت باربری نهایی(qf) معادل حداکثر فشاری است که خاک زیر پی قادر به تحمل آن میباشد به عبارت دیگر ظرفیت باربری نهایی حداکثر فشاری است که پی میتواند به خاک منتقل نماید قبل از آنکه خاک در آستانه گسیختگی برشی قرار گیرد. ظرفیت باربری خالص پی (qnf) حداکثر فشار خالصی است که پی میتواند به زمین منتقل نماید بدون آنکه در خاک گسیختگی بوجود آید .
( ۲ -۱) ]۲[
با تقسیم نمودن ظرفیت باربری خالص پی می توان به ظرفیت باربری ایمن(qm) دست یافت که بر این اساس ابعاد پی تعیین می شود .
( ۲ -۲) ]۲[
با اعمال ملاحظات مربوط به نشست و تغییر مکان قائم پی می توان فشار مجاز پی ( qa ) را به دست آورد
برای تعیین ظرفیت باربری نهایی پی به طرق مختلف می توان عمل نمود :
ـ تحلیل استاتیکی که بر مبنای روش های استاتیکی و با بهره گرفتن از پارامترهای مقاومت برشی خاک (φC,) حاصل از روش های ذیل استوار است .
الف- استفاده از نتایج حاصل از آزمایشهای آزمایشگاهی
ب- استفاده از نتایج حاصل از آزمایشهای صحرائی مثل VST , PMT , CPT , SPT
ج- استفاده از مقادیر توصیه شده در آئین نامه ها
بررسی مکانیزم های وقوع شکست برشی در خاک که در خاکهای سست ، متوسط و متراکم از نوع شکست برشی می باشد نظریه های مختلفی برای تعیین ظرفیت باربری پی ارائه شده است .
(شکل۲-۱):چگونگی وقوع شکست برشی زیر پی ( A ) شکست برشی کلی ( B ) شکست برشی موضعی ( C ) شکست برشی پانج . ]۲[
اولین رابطه فراگیر جهت تعیین ظرفیت باربری پی را ترزاقی در سال ۱۹۴۳ برای پی های سطحی با فرض شکست برشی کلی ارائه نمود .
شکل زیر چگونگی وقوع شکست برشی در زیر یک پی سطحی را نشان می دهد .
(شکل۲-۲ ): مکانیزم وقوع شکست برشی کلی زیر پی ( نظریه ترزاقی ) ]۲[
در حالت تعادل عامل ایجاد کننده گسیختگی بار وارده بر روی پی و فشار حاصل از آن و عامل مقابله با گسیختگی فشار حاصل از وزن خاک بالای تراز بار بر پی و مقاومت برشی خاک در طول سطح شکست می باشد .
باتعادل بین عوامل فوق ترزاقی رابطه زیر را برای تعیین ظرفیت باربری نهایی پی نواری شکل پیشنهاد نموده است :
این رابطه : ( ۲ -۳) +CNC+qNqγB Nγqf=1/2
γ : وزن مخصوص خاک ریز پی
B : عرض پی
C : مقاومت چسبندگی خاک
q : فشار سربار ناشی از وزن خاک بالای تراز باربر پی
Nq , Nc , Nγ : ضرایب ظرفیت باربری (تابعی از زاویه اصطکاک داخلی خاک) میباشد.
۲-۳- ظرفیت باربری خاکهای حفره دار:
مطالعات انجام شده در زمینه رفتار پی ها بر روی حفرات زیرزمینی بسیار محدود می باشد Terzaghi(1943) ]2[، Baus&Wang(1983)]3[،Wang&Badie(1984) ]4[ درسالهای اخیراستفاده از مسلح کنندهها جهت افزایش ظرفیت باربری پیها تحت انواع مختلف بارگذاری اعم از استاتیکی و دینامیکی توسعه یافته است. در این میان میتوان به کارهای انجام شده توسط، Bentquent and lee(1975) ]5[، Fragaszy and lawton(1984) ]6[، (۱۹۸۶) Guiodo ]7 [ Akimusuro and Akinbolade (1981) ]8[ ، Huang and Tatsuoka (1988,1990) ]9[ .(1992) Khing et al ]10[ ، Takemura et al.(1992) ]11[ ، Omar et al.(1993) ]12[ اشاره نمود که هریک در مطالعات خود موضوع خاصی را مورد بحث و بررسی قرارداده اند .یکی از آزمایشات که بر روی ماسه متراکم انجام گرفته نتایج زیر حاصل شده است:
۱-وجود حفره بعد از یک میزان مشخص از نشست (شکل۲-۳) باعث تغیر رفتار خاک گردیده است. که این تغیر رفتار در خاک بدون حفره وجود ندارد
۲-ظرفیت باربری خاک در یک میزن مشخص نشست(شکل۲-۳)در خاک بدون حفره بسیار بیشتر از خاک حفره دار میباشد
شکل(۲-۳) منحنی های تنش- نشست برای پی واقع بر ماسه متراکم در حالت با حفره و بدون حفره]۱۰[
تحقیقات تکمیلی در خصوص ظرفیت باربری خاک های حفره دار زیر پی در فصل پیشینه تحقیق ارائه شده است.
۲-۴- تاریخچه مواد ژئوسینتتیک
سابقه تاریخی ساخت و کاربرد مواد ژئوسینتتیک به سال ۱۹۵۰ بر می گردد. در آن زمان از ورقه های تک رشته ژئوتکستایل[۳] بافته شده به عنوان فیلتر در کنترل فرسایش در ایالت فلوریدای آمریکا استفاده میشد. باب ابرت اولین کسی بود که اولین طرحهای کاربرد مواد ژئوسنتتیک در پروژه های آب و خاک را مطرح ساخت و بدین دلیل به نام پدر “ژئوتکستایل” مشهور گردیده است]۱۳[. در اواسط دهه ۱۹۶۰، هیئت مهندسین ارتش آمریکا امکان استفاده از ژئوتکستایلهای بافته شده را به عنوان جایگزینی برای فیلترهای دانهای در سیستم کنترل فرسایش و حفاظت شیبها مورد بررسی قرار داد. این سازمان اولین معیارهای فنی طراحی ژئوتکستایلها به عنوان فیلتر را مطرح و در سال ۱۹۷۵ مجموعهای از استانداردهای فنی در این زمینه را ارائه کرد]۱۴[. در همین زمان، استفاده از ژئوتکستایلها برای حفاظت سواحل رودخانهها در هلند مطرح گشت به گونهای که اصلاح روش تا سال ۱۹۷۷ تنها برای حفاظت سواحل یک رودخانه در هلند در حدود دو میلیون متر مربع ژئوتکستایل مصرف گردید و در حال حاضر این تکنیک به عنوان روشی استاندارد و پذیرفته شده در آن کشور برای حفاظت سواحل و همچنین مقاومسازی بستر پیهای سطحی مطرح میباشد]۱۵[.
در آمریکا نیز از اواخر دهه ۱۹۷۰ کاربرد ژئوتکستایلهای تک رشتهای بافتهشده رو به افزایش گذاشت و هیئت مهندسین ارتش آمریکا استفاده از این مواد را برای فیلتر و کنترل فرسایش و تسلیح خاکهای ضعیف به صورت استاندارد رواج داد. به دنبال فعالیتهای هیئت مهندسین ارتش آمریکا و تبادل اطلاعات با مهندسین اروپایی، اولین کنفرانس ژئوتکستایلها در سال ۱۹۷۷ برگزار شد و استفاده از ژئوتکستایلها به عنوان فیلتر، زهکش، حفاظت از سواحل و تسلیح خاکهای ضعیف و با ظرفیت پایین مورد پذیرش بسیاری از کارشناسان و مهندسین قرار گرفت]۱۶[.
۲-۴-۱ توصیف کلی ژئوسینتتیکها
ژئوسینتتیکها منحصراً شامل محصولات پلیمری مصنوعی ساخته شده از الیاف تولید شده از مشتقات نفتی هستند که خاصیت اصلی آنها فساد ناپذیری در مقابل عوامل درون خاک است.
پلیمرها به شکل دانهای در مجتمعهای پتروشیمی تولید میشوند. درطی روند بعدی تولید محصول، این مواد دانهای ذوب و پس از منجمد شدن به شکل المان صفحهای، نوار و نخ در میآید. در مرحله ذوب شدن قبل از انجماد افزودنیها اضافه میشوند. این افزودنیها به منظور بهبود ویژگیهای مهندسی مطلوب مصالح پایهای مخصوصاً اصلاح حساسیت آنها اضافه میشوند. محصولات نهائی عمدتا” شامل الیافهای بافته شده و نشده، شبکه ها، حصیرها و کامپوزیتها میباشند.
۲-۴-۲ طبقه بندی ژئوسنتتیکها
ژئوسنتتیکها در پنج گروه کلی ذیل طبقه بندی میشوند :
ژئوتکستایل ها[۴]
ژئوگریدها[۵]
ژئوممبرین ها[۶]
ژئونت ها[۷]
ژئوکامپوزیتها[۸]
* ژئوتکستایلها:
اولین و بزرگترین گروه محصولات ژئوسینتتیکها میباشد. این محصولات منسوجات متخلخل ونفوذپذیری هستند که از الیاف پلیمرها یا پلیپرویلینها ساخته میشوند. پلی پرویلینها دارای وزن مخصوص کمتر از واحد بوده که محکم و بادوام هستند. از الیافها و فیبرهای رشتهای پلیپریلین در ساخت ژئوتکستایلهای بافته شده و بافته نشده استفاده میشوند. همچنین از فیبرهای پلیاستر با مقاومت بالا نیز در ساخت ژئوتکستایل استفاده میشوند. پلی استرها وزن مخصوص بزرگتر
از واحد داشته و با داشتن مقاومت بسیار بالا با اغلب خاکهای موجود در محیط سازگار میباشند. ژئوتکستایلها ابتدا در ارتباط با کاربردهای کنترل فرسایش مطرح شده و به عنوان جایگزینی برای فیلترهای خاک دانه ای ساخته شدند.
