راهنمای طراحی دیوارهای حائل : ضابطه شماره 308 | 6-14- دیوارهای حائل و خاک های روانگرا

دیوارهای حائل معمولا در تاسیسات بندری و اسکله هـا اسـتفاده مـی شـوند. ایـن  تاسیسـات غالبـا در نـواحی مسـتعد روانگرایی واقع شده اند. اغلب دیوارهای حائل بر اثر سه نوع مختلف روانگرایی آسیب می بینند.

1- روانگرایی گوه مقاوم: در این حالت، فشار مقاوم در جلوی دیوار حائل کاهش می یابد . 

2- روانگرایی گوه فعال: در این حالت، خاک پشت دیوار حائل روانگرا می شود و فشار اعمال شده بـه دیـوار بـه شـدت افزایش می یابد. موارد 1 و 2 می تواند به صورت جداگانه یا مشترک رخ دهند و موجب شروع واژگـونی دیـوار حائـل  شوند، یا باعث شوند که دیوار به صورت پیش رونده به سمت بیرون بلغزد (گسترش جانبی موضـعی) یـا کـج شـود. احتمال دیگر این است که فشار افزایش یافته بر دیوار از مقاومت دیوار بیش تر باشـد و باعـث گسـیختگی سـازه ای دیوار شود. روانگرایی خاک پشت دیوار همچنین می تواند بر مهارهای پشت بند اثر بگذارد. برای مثال فشـار افـزایش یافته در اثر روانگرایی خاک پشت دیوار می تواند مهارهای پشت بند را بشکند یا فشار مقاوم آن ها را کاهش دهد.  

3- روانگرایی در زیر پایه دیوار: در این حالت، ظرفیت باربری یا مقاومت لغزشی دیوار کاهش می یابد.

1-6-14- فشارهای طراحی ناشی از روانگرایی   

اولین گام در تحلیل، تعیین ضریب اطمینان در برابر روانگرایی برای خاک پشت دیوار، جلوی دیوار و پـی اسـت. بـرای روش های تعیین ضریب اطمینان می توان به راهنمای ارزیابی پتانسیل روانگرایی خاک، پیامدها و روش های مخـاطرات آن (ضابطه 525 سازمان برنامه و بودجه کشور)، مراجعه نمود . 

پس از آنکه ضریب اطمینان در برابر روانگرایی محاسبه شد، گام بعدی تعیین فشارهای طراحی است که مـی تواند بـر دیوار حائل اعمال شود :

1- فشار مقاوم: برای خاک هایی که در گوه مقاوم روانگرا می شوند، یک رویکرد این است که فرض شود خاک روانگرا شده، مقاومت برشی صفر دارد. در واقع، مناطق روانگرا شده دیگر مقاومتی در برابر لغزش یـا واژگـونی نخواهند داشت . 

2- فشار فعال: برای خاک هایی که در گوه فعال روانگرا می شوند، فشار وارد شده بر دیوار افزایش می یابد. یـک رویکرد این است که فرض شود خاک روانگرا شده مقاومت برشی صفر دارد (یعنی 'φ مساوی صفر اسـت). دو حالت ممکن است وجود داشته باشد :

الف - آب فقط در پشت دیوار حائل حضور دارد: در این حالت، دیوار و زمـین زیر کـف آن نسـبتا نفوذ ناپذیرنـد. بـه علاوه، در پشت دیوار سفره آب زیرزمینی و در جلوی دیوار خاک خشک است. به این ترتیب فشـار وارد بـر دیوار در اثر روانگرایی خاکریز با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود.

ب -  تراز آب در دو طرف دیوار حائل تقریبـا یکسـان اسـت: وضـعیت متـداول تـر آن اسـت کـه تـراز سـفره آب زیرزمینی در پشت دیوار تقریبا با تراز آب در جلوی دیوار یکسان باشد. فشار وارد بر دیـوار در اثـر روانگرایـی خاک در این حالت با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود .

تنهـا تفـاوت میـان ایــن دو حالـت آن اسـت کــه بـرای حالـت اول وزن مخصـوص آب در نظــر گرفتـه مـی شــود (γsat=γb+γw)، در حالی که در حالت دوم ،γw در نظر گرفته نمی شود زیرا فشـار آ ب در هـر دو طـرف دیـوار وجـود دارد و بنابراین اثر آن حذف می شود.   

علاوه بر فشار افزایش یافته ای که در اثر روانگرایی بر دیوار حائل اعمال مـی شـود، بایـد مقـداری کـاهش در مقاومـت تکیه گاهی و نیروی مهاری پشت بندها نیز در نظر گرفت . 

3- خاک باربر: برای روانگرایی خاک باربر باید به ضوابط موجود در نشریه 525 و مراجع دینامیک خاک مراجعه نمود.

2-6-14- تحلیل دیوارهای حائل برای خاک روانگرا   

باید توجه داشت حتی با ضریب اطمینان در برابر روانگرایی بزرگ تر از 1، هنوز امکان دارد که خـاک بـه صـورت قابـل توجهی ضعیف، و دیوار حائل گسیخته شود. به طور خلاصه، نوع تحلیل باید بر مبنای ضریب اطمینان در برابـر روانگرایـی (FSL) به شرح زیر باشد . 

1- FSL ≤ 1.0 : در این حالت انتظار می رود که خاک در هنگام زلزلـه طـرح، روانگـرا شـود. بنـابراین فشـارهای طراحی وارد شده بر دیوار حائل باید مطابق با موارد توضیح داده شده اصلاح شوند.   

2- FSL > 2.0 : اگر ضریب اطمینان در برابر روانگرایی بزرگ تر از حدود 2 باشد، فشارهای آب حفره ای ناشـی از انقباض خاک در اثر زلزله معمولا به اندازه کافی کوچک است که بتوان از آن هـا صـرف نظـر کـرد. در ایـن حالت می توان فرض کرد که زلزله خاک را ضعیف نمی کند . 

3- FSL بین 1 و 2 : در این حالت انتظار نمی رود که خاک در هنگام زلزله روانگرا شود. اما هنگامی کـه خـاک دانه ای سست در هنگام زلزله منقبض می شود، فشار آب حفره ای به طـور قابـل تـوجهی افـزایش مـی یابـد و بنابراین ممکن است خاک ضعیف شود. شکل (14-13) را می توان برای تخمـین نسـبت فشـار حفـره ای (ru) برای مقادیر مختلف ضریب اطمینان در برابر روانگرایی (FSL) به کار برد. در این شـرایط بـا توجـه بـه محـل افزایش فشار آب حفره ای تحلیل به شرح زیر تغییر خواهد کرد:

 - گوه مقاوم : افزایش در فشار آب حفره ای مقاومت برشی موثر خاک را کاهش می دهد و در نتیجه، نیروی مقـاوم نیز به شرح زیر کاهش می یابد:  

 (1-ru ) x رانش مقاوم = نیروی مقاوم 

- خاک باربر : برای افزایش در فشار آب حفره ای در خاک باربر بایـد بـه ضـوابط موجـود در نشـریه 525 و کتـب مرجع دینامیک خاک مراجعه نمود.

- گوه فعال : علاوه بر اضافه فشار دینامیکی و فشار فعال خـاک، نیرویـی معـادل بـا فشـار آب حفـره ای ناشـی از زلزله مورد انتظار را نیز باید در نظر گرفت.