ارزیابی فشار جانبی خاک
در پروژه‌های پایدارسازی گود دیوار حائل و سازه نگهبان برای تحمل فشار جانبی خاک و فشار آبی که ممکن است در پشت آن به وجود آید، طراحی میشود. فشار خاک از بارهای حاصل از وزن خاک نگهداری شده، سربارهای مختلف و حرکات لرزه‌ای زمین ایجاد می‌شوند.
در پروژه‌های پایدارسازی گود برای طراحی صحیح سازه نگهبان باید شناخت دقیقی از فشار جانبی ایجاد شده بین خاک و سازه داشته باشیم. برای تعیین نیروی جانبی خاک که بر یک دیوار حائل وارد میشود دو تئوری وجود دارد.
تئوری کولمب و تئوری رانکین. با توجه به آنکه در تئوری رانکین توزیع فشار جانبی وارد بر دیوار بدست می‌آید، برای طراحی سازه نگهبان از این تئوری استفاده میگردد. با توجه به تغییر مکان دیوارهای حائل برای طراحی اغلب آنها همانند سازه نگهبان خرپایی، نیروی رانش خاک بر مبنای رانش محرک محاسبه میگردد.
=(45-)-2tan(45-)=-2=L
در این رابطه ضریب فشار جانبی محرک نامیده میشود و برابر است با:
=(45- )=
توجه شود که این رابطه با فرضیات زیر در نظر گرفته میشود:
- دیوار زبری ندارد.
- دیوار قائم است.
- سطح خاک، افقی فرض شده است.
تعیین بارجانبی وارد بر هر سازه نگهبان خرپا:
اگر فاصله بین سازه نگهبان‌های خرپایی مجاور L باشد، شدت بار خطی وارد بر هر خرپا از رابطه زیر بدست می‌آید:
.L
فشار جانبی کل(مجموع فشارجانبی موثر و فشار هیدرواستاتیکی در صورت وجود) وارد بر هر سازه نگهبان خرپایی است. بدین ترتیب با مشخص شدن توزیع بار وارد بر هر خرپا میتوان این بار را روی گره‌های عضو قائم خرپا منتقل کرده نیروهای محوری اعضای خرپا و عکس‌العمل‌های تکیه‌گاهی را بدست آورد.
ظرفیت باربری شمع کششی و تعیین طول آن:
ظرفیت کششی شمع‌ها ناشی از وزن و مقاومت جداره آنها می‌باشد. ظرفیت کششی نهایی تک شمع برابر است با:
وزن شمع از حاصل ضرب وزن مخصوص بتن مسلح در حجم شمع به دست می‌آید. برای ارزیابی مقاومت جداره شمع‌ها در خاک‌های دانه‌ای و چسبنده روابط و روش‌های متعددی ارائه شده است. یکی از این روش‌ها، روش آلفا (روش تامیلسون) است. بر این اساس مقاومت جداره واحد سطح برای تک شمع از طریق رابطه زیر قابل محاسبه است:
..
در این رابطه ضریب هم‌چسبی خاک و مصالح شمع، چسبندگی زهکشی نشده خاک، متوسط سربار موثر به ازای طول شمع (مقدار سربار موثر در وسط طول شمع، ، K ضریب فشار افقی و زاویه اصطکاک موثر بین جدار شمع و خاک است.
مقدار به جنس شمع و زاویه اصطکاک داخلی خاک بستگی دارد و اغلب به صورت نسبی از آن بیان میشود. مقادیری بین 0.3تا 0.7مقدار برای رایج است. مقدار با توجه به نوع خاک، روش اجرای شمع و طول و قطر آن از روی نمودارها و جداول موجود در مراجع مهندسی پی قابل تعیین است. مقدار پارامتر K اغلب بین ضریب رانش خاک در حالت سکون و مقاوم قرار دارد.
در شمع‌های درجا ریز جابه‌جایی ایجاد شده در خاک اطراف شمع محدود است بنابراین بیشتر شرایط سکون () مطرح است در صورتی که در شمع‌های کوبیده شده جابجایی خاک اطراف شمع بیشتر است بنابراین شرایط رانش مقاوم () محتمل‌تر است. با محاسبه مقاومت جداره شمع، ظرفیت کششی شمع از رابطه زیر محاسبه میشود.
=.D.)
در این رابطه As مساحت جداره شمع،D قطر شمع و Lp طول شمع است. ظرفیت باربری مجاز جداره شمع با اعمال ضریب اطمینان به صورت زیر محاسبه میگردد:
..
بنابراین ظرفیت کششی مجاز شمع از رابطه زیر بدست می‌آید.
در صورتی که این رابطه برحسب طول شمع (Lp) نوشته شود و برابر مولفه قائم عکس‌العمل تکیه‌گاه عضو قائم خرپا قرار گیرد، طول مورد نیاز شمع برای مقابله با این نیروی کششی بدست می‌آید.
- طراحی پی پای عضو مایل سازه نگهبان خرپا
- تعیین ظرفیت باربری خاک زیر پی
در این قسمت از رابطه ترزاقی استفاده میگردد:
0.5 B +q + C
ظرفیت باربری مجاز برابراست با: =
- محاسبه حداقل عرض پی:
با محاسبه عکس‌العمل تکیه‌گاه در محل پی عضو مایل سازه نگهبان خرپایی، نیروی فشاری قائم وارد بر پی در نظر گرفته میشود. برای عرض پی باید تنش ایجاد شده زیر آن از ظرفیت باربری مجاز خاک کمتر باشد. بنابراین حداقل عرض پی مربعی از رابطه زیر بدست می‌آید:
≤ —-˃ ( ) min =
کنترل لغزش سازه نگهبان خرپایی:
کنترل پایداری سازه نگهبان خرپایی در برابر لغزش موضوع مهمی است که در این بخش به آن پرداخته میشود. ضریب اطمینان در برابر لغزش از رابطه زیر بدست می‌آید.
..
عامل محرک برای لغزش نیروی رانشی خاک است. با تعیین شدت بار وارد بر سازه نگهبان خرپایی از رابطه زیر، میتوان نیروی رانشی محرک را بدست آورد. مقاومت برشی خاک زیرپی و شمع کششی، همچنین نیروی جانبی مقاوم حاصل از آنها عوامل مقاوم در برابر لغزش می‌باشند.
=. C. (+ ) + tan . N + ½ ɤ + ½ ɤ
در این رابطه قطر شمع کششی و N برآیند نیروهای قائم می‌باشند. ضریب اطمینان در برابر لغزش معمولا برابر 1.5 در نظر گرفته میشود.
منبع: پایدارسازی گودها با نگرش ویژه به روش‌های میخکوبی و مهارگذاری
همچنین بخوانید: نصب و اجرای المان‌های قائم در دیوار مهارکوبی شده شامل چه مراحلی است؟
