راهنمای طراحی دیوارهای حائل : ضابطه شماره 308 | 6-13- مثالی از محاسبات دیوارهای خاک مسلح با ژئوگرید

در این مثال دیوار خاک مسلح با خاکریز شکسته و سربار زنده ترافیکی تحلیل می گردد. نمای دیوار مـورد نظـر بلـوك بتنی (MBW) و  مسلح کننده ها از نوع ژئوگرید می باشند (شکل 13-24). 

تحلیل و طراحی دیوارهای خاک مسلح شامل 11 گام می باشد. 

گام 1: تعیین نیازهای طرح

گام 2: تعیین مشخصه های طراحی 

گام 3: تعیین عمق مدفون، ارتفاع کلی دیوار و طول مسلح کننده

گام 4: تعیین بارهای اسمی (بدون ضریب)   

گام 5: تعیین ترکیبات بارگذاری، ضرایب بار و ضرایب مقاومت

گام 6: بررسی پایداری خارجی

گام 7: بررسی پایداری داخلی

گام 8: طراحی عناصر نما

گام 9: بررسی پایداری کلی

گام 10: بررسی پایداری ترکیبی   

گام 11: طراحی سیستم زهکشی دیوار

1-6-13- گام 1: تعیین نیازهای طرح

هندسه:   

- ارتفاع دیوار در بالای تراز زمین He=5.4m  

- نما با بلوک بتنی (MBW) با زاویه 3 درجه نسبت به قایم (تقریبا قایم)

- خاکریز شیب دار شکسته با شیب 2 افقی به 1 قایم و 2/7 متر ارتفاع 

- پنجه صاف

شرایط بارگذاری: 

- خاکریز شیب دار شکسته 

- بار ترافیک 

- بدون بار ناشی از سازه مجاور  

- بدون بار لرزه ای  

- بدون اثر ضربه خودرو

ضوابط عملکرد: 

- AASHTO/FHWA-LRFD آیین نامه طراحی

- حداکثر نشست نامتقارن   

- عمر طرح 100 سال 

2-6-13- گام 2: تعیین مشخصه های طراحی 

3-6-13- گام 3: تخمین عمق مدفون دیوار و طول مسلح کننده ها   

مطابق جدول (13-3)، حداقل عمق مدفون دیوار بـا خـاک افقـی در جلـوی دیـوار برابـر H/20 مـی باشـد. بـرای دیـوار با He=5.4m ، عمق مدفون برابر 30cm به دست می آید. با توجه بـه اینکـه حـداقل عمـق مـدفون دیـوار بـرای تمـامی حالت ها برابر 60cm می باشد، ارتفاع طراحی دیوار برابر 6m در نظر گرفته می شود.

با توجه به شیب 2 به 1 خاکریز روی دیوار وجود سربار و ترافیک، طول اولیه مسلح کننـده هـا 0/9H یـا 5/4m فـرض می گردد.

4-6-13- گام 4: تعیین بارهای بدون

5-6-13- گام 5: تعیین ترکیبات بارگذاری، ضرایب بار و ضرایب مقاومت   

با استفاده از جدول های (13-6) و (13-7) ضرایب بار مورد استفاده در جدول (13-16) خلاصه شده است. 

ضرایب مقاومت برای پایداری خارجی و داخلی در جدول (13-17) آمده است.

6-6-13- گام 6: بررسی پایداری خارجی

الف - پایداری لغزشی

ب - بررسی خروج از مرکزیت بار

ج - بررسی ظرفیت باربری بستر 

1- محاسبه خروج از مرکزیت مربوط به ظرفیت بـاربری : توجـه شـود کـه ایـن خـروج از محوریـت بـا خـروج از محوریت گام قبل تفاوت دارد زیرا ضرایب بار مربوط به آن متفاوت است.

د - تخمین نشست

ظرفیت باربری در حالت حد بهـره بـرداری  برابـر qnf-ser = 360KN/m² داراي 2/5cm نشسـت مجـاز مـی باشـد . از آنجایی که تنش قایم در حالت حد بهره برداری کمتر از این مقدار است، در نتیجه نشست کمتـر از نشسـت مجـاز خواهـد بود.

7-6-13- گام 7: بررسی پایداری داخلی

الف - انتخاب نوع مسلح کننده   

مسلح کننده خاک از نوع ژئوگرید می باشد. در این مثال سه رده مقـاومتی بـرای ژئوگریـدها مـورد اسـتفاده قـرار می گیرند.

ب - تعریف سطح گسیختگی بحرانی 

با توجه به قابلیت کشسانی مسلح کننده های ژئوگرید، سطح گسیختگی بحرانـی تقریبـا خطـی اسـت و از پـای دیـوار می گذرد. (شکل 13-14)

ج - تعیین نیروهای اعمالی بدون ضریب 

در شکل (13-15) رابطه بین نوع مسلح کننده و تنش سربار نشان داده شـده اسـت. نسـبت Kr/Ka در ژئوگریـدها برابر 1 می باشد. بنابراین ضریب فشار جانبی خاک kr برابر ka می شود. 

مطابق شکل (13-16) ارتفاع معادل خاکریز شیب دار محاسبه می گردد. 

د - تعیین محل قرارگیری لایه های مسلح کننده در ارتفاع 

محل قرارگیری ژئوگریدها در ارتفاع در جدول (13-19) مشخص شده است.

ه - تعیین نیروی کششی ضریب دار در لایه های مسلح کننده خاک 

تنش افقی ضریب دار، در عمق دلخواه z طبق رابطه 13-19 محاسبه می گردد. 

حداکثر نیروی کششی افقی در هر لایه در واحد طول دیوار بر مبنای فاصله قایم مسلح کننده ها (SV) بـر طبـق رابطـه 13-21 به دست می آید.   

برای همه لایه ها داریم :

به عنوان نمونه برای لایه 3 : 

و - محاسبه ظرفیت مقاومتی مسلح کننده ها   

مقاومت اسمی بلند مدت مسلح کننده های ژئوسنتتیک با استفاده از رابطه 13-28 به دست می آید. 

مقاومت کششی ضریب دار مسلح کننده (Tr) با استفاده از رابطه 13-24 برابر است با :

Tr = ΦTal

ضرایب کاهش مقاومت (با استفاده از مطالـب بنـد 13-5-9-6) و مقاومـت اسـمی و مقاومـت ضـریب دار بـرای 3 رده ژئوگریدها در جدول (13-20) خلاصه شده است.   

ز - تعیین رده مسلح کننده ها در ارتفاع   

رده مناسب مسلح کننده ها برای فواصل گفته شده در مراحل قبل در جدول (13-21) آمده است. 

ح - پایداری داخلی با توجه به گسیختگی بیرون کشیدگی

طول مورد نیاز ژئوگرید در ناحیه مقاوم از رابطه 13-37 محاسبه می گردد

طول مسلح کننده در ناحیه فعال با توجه به رابطه 13-38 برابر است با :

با استفاده از شکل (13-21) طول مسلح کننده ها در جدول (13-22) کنترل شده است.

با توجه به شکل (13-12) در این جدول داریم :

به این ترتیب چیدمان، نوع و طول مسلح کننده های در نظر گرفته شده پاسخگوی نیازهای طرح برای حفظ پایداری خارجی و داخلی خواهند بود.
سایر گام های طراحی شامل بررسی عناصر نما، پایداری کلی، پایداری ترکیبی و طراحی سیستم زهکشی نیز باید مطابق ضوابط تشریح شده، انجام گیرند.