مشخصات مقاومتی تسلیح فولادی

مدت هاست که مطلبی برای موضوع خاک مسلح قرار نداده ام.

هفته گذشته بازدیدی را از پروژه خاک مسلح داشتم یکی از شرکت های مشاور دیواری را برای تحکیم طراحی کرده بود که با نیلینگ و نوعی گلفوژ با هدف ایجاد دیوار سبز اقدام شود.

این شرکت مشاور پیشنهاد داده بود که  با استفاده از ناودانی و نبشی و اتصال جوشی آنها به نیلینگ و بهره بردن از تسلیح کننده های ژئوسنتتیک مانند ژئوگرید اتصال مکانیکی آن ها را به دیواره ایجاد کند.

سوالی که از همان ابتدا  ذهن مرا مشغول کرده بود این بود که آیا این دوستان مشاور از قوانین و دستورالعمل های موجود در دنیا اطلاع دارند یا خیر؟

سازه آهنی با مقاومت اندک چقدر می تواند در زیر خاک دوام بیاورد؟

یک جوش در چنین شرایطی طی چه مدتی قادر است در برابر تنش های محیطی در زیر خاک مقاومت کند؟

به همین دلیل بحثی کوتاه را برای آشنائی عزیزان انتخاب کردم تا شروعی باشد برای تبادل نظر و شناخت بیشتر و هم تذکری برای خودم و دوستانی که بدون توجه به استانداردهای موجود اقدام به طراحی دیوار حائل می کنند.

لطفا به ادامه مطلب توجه کنید


  1. مشخصات مقاومتی

تسلیح فولادی

برای تسلیح های فولادی، عمر طراحی بوسیله ی کاهش مساحت مقطع عرضی تسلیح استفاده شده در محاسبات طراحی بوسیله ی زوال ناشی از خوردگی مربوطه در طول عمر طراحی به صورت زیر بدست می آید:

 که در این رابطه،  Eضخامت تسلیح در انتهای عمر طراحی،E ضخامت اسمی در ساخت و ساز، و E  ضخامت دچار زوال شونده ی فلز که انتظار می رود بوسیله ی خوردگی یکنواخت در طی عمر سرویس دهی سازه از بین برود.

نیروی واحد عرض مجاز تسلیح، ، به صورت زیر بدست می آید:

برای نوارهای فولادی:

 

برای شبکه های فولادی متصل شده به پانل ها یا بلوک های بتنی:

 

(تذکر:  0.55 Fy ممکن است برای شبکه های فولادی دارای روساخت های انعطاف پذیر مورد استفاده قرار گیرد)

که در این روابط:

b= پهنای خالص نوار، ورق، یا شبکه

  Fy= تنش تسلیم فولاد

Ac = مساحت طراحی سطح مقطع فولاد، که بعنوان مساحت سطح مقطع اولیه منهای تخریب مورد انتظار در طی عمر دیوار طراحی شده ، تعریف می گردد.

تنش کششی مجاز برای تسلیح های فولادی و اتصالات برای سازه های دائمی، مطابق بخش 10.32 در جدول 10.32.1A از مشخصات استاندارد آشتو برای پل های بزرگراه تعیین می گردد. این شرایط منجر به یک تنش کششی مجاز برای تسلیح نواری فولادی، در خاکریز دیوار دور از اتصالات سطح دیوار، برابر با  می گردد. ضریب 0.55 اعمالی به  برای سازه های دائمی، برای در نظر گرفتن عدم قطعیت در هندسه ی سازه، مشخصات خاکریز، بارهای خارجی اعمالی، پتانسیل تنش بیش از حد موضعی بدلیل غیر یکنواختی های بار، و عدم قطعیت در مورد مقاومت تسلیح طولانی مدت بوده و معادل ضریب اطمینان برابر 1.28 (یعنی 1/0.55)  می باشد.  برای اعضای مسلح کننده شبکه ی متصل به عضو روساخت صلب(مانند پانل یا بلوک بتنی)، تنش کششی مجاز به مقدار 0.48 Fy کاهش می یابد که یک ضریب اطمینانی برابر 2.08 را برای در نظر گرفتن پتانسیل تنش بیش از حد موضعی به دلیل غیر یکنواختی های بار برای شبکه های فولادی نسبت به نوارها و میلگرد های فولادی، فراهم می آورد. اعضای طولی و عرضی شبکه، مطابق با ASTM-185 اندازه بندی می شوند. برای سازه های موقت (یعنی عمر طراحی برابر 3 سال یا کمتر)، آشتو افزایش تنش کششی مجاز برابر 40 درصد را مجاز می داند.

کمیت های مورد نیاز برای محاسبه ی Ac  برای نوار های فولادی و شبکه ها در شکل نشان داده شده است. ابعاد معمول برای تسلیح های فولادی متداول در پیوست D آورده شده است. استفاده از فولادهای سخت شده یا به عبارت دیگر دارای کرنش کم (دارای مقاومت بسیار بالا) می تواند پتانسیل یک خرابی فجیع را افزایش دهد، از این رو، با استفاده از یک چنین مصالحی، یک تنش مجاز پایین تری ممکن است برای مصالح مجاز باشد.

برای تسلیح فلزی، عمر سازه به مقاومت خوردگی تسلیح بستگی خواهد داشت. بطور عملی، کلیه ی تسلیح های فلزی مورد استفاده در ساخت خاکریز ها و دیوارها، چه آنها نوار، بالشتک میلگردی، یا مش باشند، از فولاد گالوانیزه ساخته می شوند. مش های بافته شده (منسوج) دارای پوشش PVC مقداری محافظت در برابر خوردگی را انجام می دهند، پوشش در طی ساخت آسیب قابل توجهی نمی بیند. پوشش های اپوکسی می توانند برای محافظت در برابر خوردگی مورد استفاده قرار گیرند ولی مستعد آسیب دیدگی در حین ساخت می باشند، که این امر می تواند تاثیر آن را بطور قابل توجهی کاهش دهد. زمانیکه پوشش های PVC یا اپوکسی مورد استفاده قرار می گیرند، حداکثر اندازه ی ذرات خاکریز باید به 19 میلیمتر یا کمتر از آن محدود گردد تا امکان آسیب بالقوه در حین ساخت کاهش پیدا کند. برای بحث با جزئیات بیشتر در مورد شرایط، به اسناد مربوط به خوردگی یا زوال اشاره می گردد.

دپارتمان های حمل و نقل چندین ایالت آمریکا از اجزای تسلیح فولادی دارای پوشش اپوکسی چسبیده به رزین استفاده کرده اند. تاثیر این پوشش ها در سازه های MSEW بطور قابل توجهی نشان داده نشده است و استفاده گسترده از آنها مورد تائید نمی باشد. در صورتی که حداقل ضخامتی برابر 0.41 میلیمتر (16 میل) مورد استفاده قرار گیرد، پیشنهاد می گردد که مطابق ASTM A-884 برای تسلیح شبکه و مطابق آشتو M-284 برای تسلیح نواری اعمال گردد. عمر آنها در زمین در حال حاضر 20 سال تخمین زده می شود. در جایی که فلز های دیگر مانند آلیاژ های آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ مورد استفاده قرار گرفته است، خوردگی ناگهانی مشکل بسیار بزرگی بوده و استفاده از آنها ادامه پیدا نکرده است.

مقاومت در برابر زوال مش دارای پوشش PVC در زمین بطور قابل توجهی اثبات نشده است. در مورد عملکرد رضایت بخش بیش از 25 شواهدی موجود نمی باشد.

مطالعات گسترده ای برای تعیین نرخ زوال میلگردها یا نوارهای فولادی نرم مدفون در انواع مختلف خاکهایی که بطور متداول در خاک مسلح مورد استفاده قرار می گیرند، صورت پذیرفته است. بر مبنای این مطالعات، زوال نوارها، میلگردها و بالشتک های فولادی می تواند با افزایش ضخامت فلز تخمین زده شود.

عمده ی دیوار های MSEکه تابحال ساخته شده اند، از فولاد گالوانیزه و مصالح خاکریزی استفاده کرده اند که دارای پتانسیل خوردگی پایینی بوده اند. حداقل پوشش گالوانیزه

(2.0Oz/ft 2)0.61kg/m2 یا به ضخامت( 86μm 3.4 میل) مطابق آشتو M111 ) ASTM A 123)  برای تسلیح های نواری یا مطابق ASTM D 641 برای بالشتک میلگردی یا تسلیح شبکه ی فولادی مورد نیاز مطابق مشخصات استاندارد آشتو برای پل های بزرگراه ها می باشد. 

پوشش "روی" یک آند قربانی ایجاد می کند که با خورده شدن خود از فلز اصلی محافظت می کند. گالوانیزه کردن همچنین در جلوگیری از شکل گیری حفره ها  در فلز اصلی در طی سال های اول حمله ی خوردگی مشارکت می کند. پس از آن که فلز "روی" اکسید گردید، خوردگی فلز اصلی آغاز می گردد.

نرخ های خوردگی ارائه شده در زیر برای طراحی محافظه کارانه مناسب می باشند. این نرخ ها، مصالح خاکریز خورنده با سرعت آرامی را فرض می گیرند که دارای حدود مشخصات الکتروشیمیایی کنترل شده ای می باشند و سعی می کنم  تحت عنوان مشخصات الکترو شیمیایی مورد بحث قرار دهم.

نرخ های خوردگی- خاکریز خورنده ی با سرعت آرام

برای فلز روی

15 میکرومتر به ازای هر سال (0.6 میل در هر سال) (2 سال اول)

4 میکرومتر به ازای هر سال (0.16 میل در هر سال) (پس از آن)

برای فولاد کربنی مازاد

12 میکرومتر به ازای هر سال (پس از آن)

بر مبنای این نرخ ها، خوردگی کامل گالوانیزاسیون با حداقل ضخامت مورد نیاز برابر 86 میکرو متر (3.4 میل) (آشتو M 111) تخمین زده می شود که در طی 16 سال اول اتفاق بیفتد و زوال ضخامت یا قطر فولاد کربن دار به اندازه ی 1.42 میلیمتر تا 2.02 میلیمتر (0.055 اینچ تا 0.08 اینچ) در طی سال های باقیمانده از عمر طراحی به ترتیب برابر 75 تا 100 سال مورد انتظار می باشد.  طراح یک سازه ی MSE همچنین باید پتانسیل تغییرات در محیط خاکریز مسلح در طی عمر سرویس دهی سازه را نیز مورد توجه قرار دهد. در بخش های مشخصی از ایالات متحده، انتظار می رود که نمک های ضد یخبندان می توانند منجر به تغییر در محیط گردند. به خاطر این مشکل، عمق نفوذ و تمرکز کلرید ها مساله ساز می باشد.

برای سازه های دائمی که بطور مستقیم وظیفه ی پشتیبانی جاده هایی را بر عهده دارند که در معرض نمک های ضد یخزدگی می باشند،  داده های محدود نشان می دهند که 2.5 متر (8 فوت) بالایی خاکریز مسلح (که از سطح جاده اندازه گیری می شود) تحت تاثیر نرخ های خوردگی بسیار بالایی می باشند که در حال حاضر تعریف نشده است. تحت این شرایط، پیشنهاد می گردد که یک ژئوممبرن 30 میلی (حداقل) در زیر بستر جاده قرار داده شده و به سیستم زهکشی متصل گردد تا نفوذ نمک های ضد یخبندان کاهش یافته و از نرخ های بالاتر خوردگی جلوگیری شود که در بخش جزئیات طراحی در فصل 4 نشان داده شده است.

موقعیت های پروژه ی زیر خارج از مقادیر پیشتر ارائه شده  قرار می گیرند:

  • سازه هایی که در معرض محیط های دریایی یا دیگر محیط های دارای کلرید قرار دارند. (باستثنای موقعیت هایی که نمک های ضد یخزدگی مورد استفاده قرار می گیرند.) برای سازه های در معرض آب شور دریا، انتظار می رود که هر وجه فولاد کربن دار در طی چند سال اول به اندازه ی 80 میکرو متر (3.2 میل) دچار زوال گردد که پس از آن به 17 تا 20 میکرو متر (0.67 تا 0.7 میل) کاهش می یابد. زوال فلز روی در مقایسه با زوال در خاکریز های مطابق ضوابط الکتروشیمیایی MSE نسبتا سریع می باشد. زوال کل فلز روی (86 am) باید در سال اول مورد انتظار باشد.
  • سازه های در معرض جریان های سرگردان، مثلا از خطوط نیروی زیر زمین، و سازه های که در مجاورت خطوط برقی راه آهن قرار گرفته اند.

هر دوی این موقعیت ها مجموعه ی خاصی از شرایط را بوجود می آورند که باید بطور ویژه توسط یک متخصص خوردگی مورد تحلیل قرار گیرد.

 

محمد مهدی شریعتی ; ٦:٢٢ ‎ق.ظ ; ۱۳٩۳/۳/۱٠
=============================== =============================== Link Code: =============================== ليست وبلاگ‌های به روز شده ===============================