راهنمای طراحی دیوارهای حائل : ضابطه شماره 308 | 5-12- رفتار خاک مسلح

خاک مسلح را می توان نتیجه مشارکت دو ماده با مدول الاستیسیته متفـاوت دانسـت کـه اسـاس آن بـر اصـطکاک و اندرکنش خاک و مسلح کننده ها پایه گذاری شده است . 

برای درک رفتار خاک مسلح، ابتدا رفتار نمونه های آزمایشگاهی مصالح خاک مسلح و سـپس اصـطکاک بـین خـاک و مسلح کننده ها و در نهایت رفتار سازه خاک مسلح بررسی می شود.

1-5-12- رفتار نمونه های مصالح خاک مسلح   

یک نمونه آزمایشگاهی از خاک مسلح را به عنوان یک نوع مصالح، مورد آزمایش قرار می دهیم. نتایج به دست آمـده از آزمایش های سه محوری بر روی نمونه های ماسه مسلح شده با دیسک هـای افقـی آلومینیـومی ، نمایـانگر تـاثیر چگـالی ماسه و فواصل و مقاومت کششی عناصر مسلح کننده بر روی رفتار نمونه اسـت. در ایـن آزمـایش هـا  دو مـد خرابـی قابـل مشاهده است: 

الف - خرابی در اثر پارگی المان های مسلح کننده 

ب - خرابی در اثر لغزش بین خاک و المان های مسلح کننده (شکل 12-8)

بر اساس میزان فشار همه جانبه (σ3) مدهای خرابی را می توان به شرح زیر بیان کرد (شکل 12-9):   

- به ازای مقادیر کم σ3، خرابی نمونه ناشی از لغزش المان های مسلح کننده است. منحنی شکست در محورهـای اصلی تنش را می توان تقریبا با یک خط مستقیم تخمین زد. این خط مستقیم از مرکز مختصـات  مـی گـذرد و شیب خط با زاویه φr تعریف می گردد. مقدار زاویه اصـطکاک داخلـی نمونـه مسـلح شـده  (φr) بـیش از زاویـه اصطکاک داخلی نمونه مسلح نشده (φ) است. 

- به ازای مقادیر زیاد σ3، خرابی نمونه در اثر گسیختگی المان های مسلح کننده اسـت. منحنـی شکسـت در ایـن حالت خطی به موازات خط شکست نمونه مسلح نشده است و مقاومت برشی نمونه را می تـوان بـا اسـتفاده از پارامترهای مقاومتی خاک شامل زاویه اصطکاک داخلی و میزان چسبندگی آن تخمین زد. در این راستا مقـدار c تابعی از درصد تسمه ها و مقاومت کششی آن هاست. 

2-5-12- اصطکاک بین خاک و عناصر مسلح کننده (تسمه ها)   

بررسی پدیده اصطکاک در خاک مسلح بر مبنای آزمایش هایی روی نمونه های آزمایشگاهی و واقعی پایه گذاری شده است. بیرون کشیدن یک مسلح کننده از داخل خاک باعث ایجاد کرنش برشی در ناحیه ای از خاک های اطـراف مـی شـود. حجم این ناحیه با افزایش زبری مسلح کننده اضافه می شود. مجموعه این عوامل باعـث تعریـف یـک ضـریب اصـطکاک مجازي *f می شود:

در این رابطه τmax تنش برشی حداکثر روی عنصر مسلح کننده و σ0 تـنش عمـودی اولیـه اسـت کـه بـرای مقاصـد طراحی مقدار آن را با فشار وارده γz تخمین می زنند. مقدار *f تابعی از انبساط پذیری خاک است و مقدار آن می تواند بـه بیش از ضریب اصطکاک بین خاک و عنصر مسلح کننده (tanψ) یا حتی ضریب اصطکاک داخلی خاك (tanφ) برسد. 

عوامل متفاوتی بر مقدار ضریب اصطکاک مجازی *f تاثیرگذار هستند. این عوامل عبارتند از: وزن مخصـوص خـاکریز، زبری سطوح مسلح کننده ها، فشار خاک وارد بر عناصر مسلح کننده، نوع خاکریز و میزان رطوبت خاکریز. 

3-5-12- رفتار سازه خاک مسلح

آزمایش های انجام شده نشانگر تغییر نیروی کششی در طول مسلح کننده ها و رسـیدن آن بـه یـک مقـدار حـداکثر در نقطه ای از این طول است. مکان هندسی محل تنش حداکثر در مسلح کننده ها برای لایه های متفاوت، خط نیروی کششـی حداکثر را تعریف می کند. این خط دو ناحیه فعال و مقاوم را از هم جدا می کند (شکل 12-10).

الف - ناحیه فعال: در این ناحیه خاک تمایل به جدا شدن از سازه دارد و عامل اصطکاک در طول مسلح کننـده ، خـاک را مهار می کند.

ب - ناحیه مقاوم: در این ناحیه تنش برشی مانع از لغزش مسلح کننده ها می گردد. خـط مـرزی بـین ایـن دو ناحیـه (خط کشش حداکثر)، سطح محتمل گسیختگی در سازه است. موقعیـت ایـن خـط تـابع چنـد متغیـر  از جملـه هندسه سازه، نیروهای وارده، تاثیرات دینامیکی و میزان صلبیت مسلح کننده ها است . 

این سطح گسیختگی متفاوت از گوه گسیختگی کولمب است. این خط در ناحیه فوقانی دیوار عمودی است و ایـن بـه دلیل وجود مسلح کننده های نسبتا صلب در خاک است که باعث تغییر توزیع تنش - کرنش در خاک می شود.

نتایج حاصل از آزمایش دیوارهای مسلح شده با عناصر مسلح کننـده پلیمـری ، همچنـین بررسـی مـدل هـاي اجـزای محدود نشان داده اند که با افزایش کشسانی (کاهش صلبیت) مسلح کننده ها، محل خط کشش حداکثر از دیـوار دور شـده و به شکل گوه گسیختگی کولمب نزدیک می شود.