راهنمای طراحی دیوارهای حائل : ضابطه شماره 308 | 6-12- روش طراحی

طراحی سازه های خاک مسلح شامل کنترل پایداری خارجی و پایداری داخلی می باشد.

1-6-12- پایداری خارجی   

موارد معمول کنترل پایداری خارجی در شکل (12-11) آمده است: 

الف - لغزش  

ب - واژگونی 

ج - عدم کفایت باربری بستر (کج شدگی)

د- لغزش عمیق

در بررسی پایداری خارجی سازه های خاک مسلح، توده خاک مسلح به عنوان یـک تـوده صـلب یکپارچـه در نظـر گرفته شده و تحلیل پایداری آن مطابق ضوابط بیان شده در بخش های پیشین انجام می شود.

2-6-12- پایداری داخلی   

1-2-6-12- فشار افقی فعال و فشار قائم 

شکل (12-13-الف)، دیوار حائلی را با خاکریز دانه ای با وزن مخصوص γ1 و زاویه φ1 نشان می دهد. در زیر پایه دیـوار حائل، خاک طبیعی برداشته شده و با مصالح خاکریز، پر و متراکم شده است. خاک طبیعی زیر دیوار حائل نیـز دارای وزن مخصوص γ2 زاویه اصطکاك داخلی φ2 و چسبندگی c2 می باشد. در بالای دیوار حائل نیز سرباری به شـدت q قـرار داده شده است. دیوار دارای تسمه هایی می باشد که در اعماق z = 0 , SV , 2SV ,..., NSV  قـرار داده شـده اسـت. ارتفـاع کـل دیوار نیز H=NSV می باشد. 

طبق نظریه فشار فعال رانکین داریم : 

σa : فشار فعال رانکین در عمق دلخواه 

برای خاک های دانه ای خشک بدون سربار فوقانی، σv=γz1 ، c=0  و Ka=Tan²(45-φ1/2)  می باشد. بنابراین:  

اگر مطابق شکل (12-13- الف) در بالای دیوار سربار قرار داده شود، خواهیم داشت: 

مقدار σv(2) را می توان با استفاده از روش توزیع تنش 2 به 1 محاسبه نمود. این کار در شکل (12-14- الـف )، نشـان داده شده است. طبق پیشنهاد لابا و کندی (1986) داریم: 

همچنین در صورت وجود سربار در سطح خاکریز، فشار افقی در هر عمق برابر است با: 

طبق کارهاي لابا و کندی (1986)، σa(2) را می توان با استفاده از روابط زیر محاسبه نمود (شکل 12-14- ب:)  

توزیع فشارهای جانبی فعال محاسبه شده طبق روابـط (12-7 و 12-8 و 12-9) در شـکل  (12-13- ب)، نشـان داده شده است.

2-2-6-12- نیروی تسمه ها

با مراجعه به شکل (12-13) نیروی تسمه ها براي واحد طول دیوار در عمق z را می توان از رابطه زیر محاسبه نمود:

3-2-6-12- ضریب اطمینان در مقابل گسیختگی تسمه ها

گسیختگی تسمه ها به دو صورت پارگی و بیرون کشیدگی می تواند رخ دهـد. ضـریب اطمینـان در مقابـل پـارگی بـه صورت زیر بیان می شود:

w = عرض هر تسمه 

t = ضخامت هر تسمه

Fy = تنش جاری شدن (تنش تسلیم) مصالح تسمه در این مورد ضریب اطمینانی در حدود 2/5 تا 3 برای تسمه ها در ترازهای مختلف توصیه می شود. 

در صورتی که نیروی کششی تسمه از مقاومت اصطکاکی بین تسمه و خـاک تجـاوز کنـد، گسـیختگی از نـوع بیـرون کشیدگی می تواند رخ دهد. طول موثری از هر تسمه که می تواند در مقاومت اصطکاکی شرکت نماید، به طور محافظه کارانه طولی در نظر گرفته می شود که بعد از ناحیه گسیختگی فعال رانکین قرار دارد (ناحیه ABC در شکل 12-13). خـط BC در شکل، زاویه (45+φ1/2) با افق می سازد. بنابراین حداکثر نیروی اصطکاك قابل حصول FR برای تسمه ای در عمق z برابر است با: 

le = طول موثر   

σv = فشار قایم موثر در عمق z   

φμ = زاویه اصطکاک بین خاک و تسمه 

بنابراین ضریب اطمینان در مقابل بیرون کشیدگی در عمق z، می تواند به صورت زیر تعریف گردد: 

FS(p) = ضریب اطمینان در مقابل بیرون کشیدگی   

T = نیروی کششی تسمه ها در ترازهای مختلف 

با قرار دادن روابط 12-11 و 12-12 در رابطه 12-13 به دست می آید: 

4-2-6-12- طول کل تسمه 

طول کل تسمه در هر عمق دلخواه برابر است با:

Lr = طول تسمه در ناحیه گسیختگی فعال رانکین 

le = طول موثر

برای ضریب اطمینان معلوم FS(p) ، رابطه 12-14 را می توان به صورت زیر نوشت:

در عمق دلخواه z داریم:

با ترکیب روابط 12-15، 12-16 و 12-17 به دست می آید:

5-2-6-12- روش عمومی طراحی 

روش گام به گام طراحی خاک مسلح در زیر ارائه می شود: 

گام 1. ارتفاع H دیوار و مشخصات φ1 و γ1 خاکریز دانه ای برای پر کردن پشت دیوار را انتخاب نمایید. 

گام 2. مقدار ضریب اصطکاک بین تسمه و خاک φμ و همچنین مقادیر FS(P) و FS(B) را انتخاب نمایید.

گام 3. عرض تسمه w و فواصل افقی و قایم تسمه ها را انتخاب نمایید. 

گام 4. مقدار σa را با استفاده از روابط 12-7، 12-8 و 12-9 محاسبه نمایید. 

گام 5. نیروی تسمه ها را در ترازهاي مختلف محاسبه نمایید. 

گام 6. با داشتن ضریب اطمینان FS(B)، ضخامت تسمه (t) را برای مقابله با پارگی محاسبه نمایید:  

مرسوم است که ضخامت t برای ترازهای مختلف ثابت در نظر گرفته شود. بنابراین σa در رابطه 12-19 بایـد مسـاوی σa(max) فرض شود.

گام 7. با مقادیر معلومφμ و FS(P)، طول L را برای ترازهای مختلف از رابطه 12-18 محاسبه نمایید. 

گام 8. مقادیر SV ،SH ،t ،w و L را می توان برای دستیابی به اقتصادي ترین طرح، تغییر داد. 

گام 9. بعد از طراحی عناصر مسلح کننده، باید پایداری کلی دیوار، یعنی واژگـونی، لغـزش، و ظرفیـت بـاربری کنتـرل گردد. این کار مشابه روش به کار گرفته شده برای دیوارهای حائل معمولی با فرض رفتار یکپارچـه تـوده خـاک مسـلح انجام می شود .