پایداری داخلی و خارجی دیوارهای حایل

گزینه ها

دیوار های طره ای، ثقلی، نیمه ثقلی یا دیوار های بتنی پشت بند دار، گزینه های غیر معمول برای دیوار ها و پایه های MSE و RSS می باشند.

در شرایط خاکریزی، دیوار های درجا مانند دیوارهای مهار شده، دیوارهای خاکی تثبیت شده یا دیوار های طره ای غیر ثقلی اغلب بسیار اقتصادی می باشند، اگرچه در جایی که حق عبور و مرور محدود شده باشد ترکیبی از یک دیوار درجا در انتهای پشتی تسلیح و یک دیوار دائمی MSE اغلب قابل رقابت می باشد.

برای دیوار های مشرف به آب یا دیوار دریایی، هر دو نوع دیوار سپری با یا بدون مهارها یا دیوار های صندوقچه ای بتنی پیش ساخته که قابل ساخت در رطوبت می باشند، بسیار اقتصادی بوده و ساخت و ساز آنها عملی تر می باشد.

ملاحظات روساخت

ایجاد ضوابط طراحی برای زیبایی یک پروژه، اصولا بر روی نوع، اندازه، و شکل روساخت متمرکز می باشد که تنها مشخصه ی قابل رویت برای سازه های MSE می باشند.

برای کاربردهای دائمی، ملاحظاتی در مورد دیوارهای MSE دارای پانل های بتنی پیش ساخته باید در نظر گرفته شود. آنها با یک وجه قائم ساخته می شوند و نمی توانند با خمیدگی های کوچک و یکنواخت جلویی سازگار باشند. در حال حاضر، اندازه ی پانل های به صورت تجاری ساخته می شوند از 1.8 تا 4.5 متر مربع (20تا 50 فوت مربع) متغیر می باشد. پانل های دارای ارتفاع کامل ممکن است برای دیوارهایی که دارای ارتفاعی تا 4 الی 5 متر (13 الی 16 فوت) می باشند و انتظار نشست از آنها نمی رود، مورد توجه قرار گیرند. پانل های بتنی پیش ساخته می توانند با تنوعی در شکل و هندسه ی سطح ساخته شوند که در شکل 8 نشان داده شده است.

البته این پانل ها به ندرت در ابعاد بزرگتر از 2 در سه در کشور استفاذپده شده است.

روساخت های MBW با تنوعی در اشکال و ترکیب ها موجود می باشند که در شکل 9 نشان داده شده است. گستره ی مساحت سطح آنها از 0.05 تا 0.1 متر مربع (0.5 تا 1 فوت مربع) می باشد. مشخصه ی کلی این نوع از روساخت ها، خمیدگی جلویی آنها در گستره اسمی تا 15 درجه می باشد. محدودیت های هندسی پروژه (یعنی محدودیت های افقی بالا و پایین دیوار) ممکن است مقدار ممکن خمیدگی را محدود کند و از اینرو انواع واحد های MBW را که ممکن است مورد استفاده قرار گیرند، محدود می شوند. توجه داشته باشید که پنجه ی این دیوار ها زمانی که ارتفاع فونداسیون افزایش یابد، کاهش می یابد که این موضوع بدلیل نظم پشته سازی و خمیدگی خودکار است.

در موقعیت های بسیار دوردست، گابیون ها، الوار و MSE با پوشش گیاهی طبیعی ممکن است مورد توجه باشد.

برای دیوار های موقت، با روساخت های ژئوسنتتیکی خمیده یا روساخت صفحه ی چوبی(روساخت چوبی در ایران مرسوم نیست)، صرفه ی جویی قابل توجهی کسب گردد. این نوع روساخت های می توانند بوسیله ی اعمال گانیت یا بتن قالب ریز شده در محل، در طی عملیت پس از ساخت، ماندگار شوند.

برای سازه های RSS، انتخاب روساخت شیب ممکن است بوسیله ی آب و هوا و فاکتورهای منطقه ای کنترل گردد. برای سازه هایی که دارای ارتفاع کمتر از 10 متر (33 فوت) و شیب های 1:1 یا مسطح تر می باشند، یک "شیب سبز" گیاهکاری شده می تواند با استفاده از یک تشتک کنترل فرسایش یا مش و گیاهان محلی ساخته شود. در جاهاییکه کاشت گیاه نمی تواند بطور کامل صورت گیرد و یا زه-آب قابل توجهی ممکن است اتفاق بیفتد، شیب های زرهی با استفاده از مصالح طبیعی یا ساخته شده ممکن است تنها انتخاب ممکن برای کاهش هزینه های نگهداری باشند.

ضوابط اجرایی

ضوابط اجرایی برای سازه های MSE در مورد شرایط طراحی، بوسیله ی روش یا دستورالعمل های طراحی همانند بند 5.8 از آشتو 1996برای پل های بزرگراه تعیین می گردد. این شرایط، با توجه به مورد های گسیختگی، حاشیه های اطمینان مورد نیاز را مورد توجه قرار می دهند. که آنها برای کلیه ی انواع سازه های MSEW برابر می باشند. هیچ راهنمایی خاصی در آشتو برای سازه های RSS وجود ندارد.

در ابطه با تغییر شکل های جانبی دیوار، هیچ روشی در حال حاضر برای پیش بینی تغییر شکل های جانبی که اکثر آنها در حین ساخت اتفاق می افتند، وجود ندارد. حرکت های افقی به اثرات ناشی از تراکم، توسعه پذیری تسلیح، طول تسلیح، جزئیات اتصال تسلیح به پانل و جزئیات سیستم روساخت بستگی دارد. یک تخمین نه چندان خوب از مساله ی تغییر شکل های جانبی سازه های ساده که ممکن است در حین ساخت اتفاق بیفتد می تواند بر مبنای نسبت طول تسلیح به ارتفاع دیوار و توسعه پذیری تسلیح انجام گیرد که در شکل  نشان داده شده است.

این شکل نشان می دهد که افزایش نسبت طول به ارتفاع تسلیح از پایین ترین حد تئوریک آن از 0.5H به 0.7H ، تغییر شکل را تا 50 درصد کاهش می دهد. این موضوع همچنین اشاره می کند که تغییر شکل ساخت مورد انتظار برای سازه های MSE که با تسلیح های پلیمری (قابل توسعه) ساخته شده اند، تقریبا در حدود سه برابر بزرگتر از سازه هایی است که با تسلیح های فلزی (غیر قابل توسعه) ساخته شده اند .

ضوابط اجرایی هم به کارگاه و هم به سازه وابسته می باشند. ضوابط وابسته به سازه شامل ضرایب ایمنی یا یک سری ثابت از بار و مقاومت و همچنین ضوابط متوسط سازه ی خاص MSE مورد نظر می باشند.

ضرایب ایمنی حداقلی پیشنهادی با توجه به مورد های خرابی (گسیختگی) به صورت زیر می باشند:

شکل 10. منحنی تجربی برای تخمین تغییر شکل جانبی مورد انتظار احتمالی برای دیوار های MSE (FHWA RD 89-043).

توجه: به ازای هر 20 کیلوپاسکال از سربار، تغییر شکل نسبی 25 در صد افزایش می یابد

جدول بالا بر اساس دیوار های دارای ارتفاع 6 متر نشان می دهد، برای هر 20 کیلوپاسکال سربار، تغییر شکل نسبی 25% افزایش می یابد. تجربیات نشان می دهند که برای دیوار های بلند تر، آثار سربار ممکن است بزرگتر باشند.

توجه داشته باشید که تغییر شکل های واقعی نیز وابسته به مشخصات خاک، میزان تراکم و مهارت پیمانکار می باشد.

نیاز است که تعدادی از ضوابط خاص پروژه ی کارگاه در آغاز طراحی تعیین گردند:

  • محدودیت های طراحی و ارتفاع دیوار. طول و ارتفاع مورد نیاز برای تامین نیاز های هندسی پروژه باید برای تعیین نوع سازه و شکل بارگذاری خارجی تعیین گردند.
  • محدودیت های مسیر. محدودیت های افقی (عمود بر وجه دیوار) بالا و پایین مسیر دیوار باید بعنوان مسیر هایی که با خمیدگی سیستم دیوار تغییر می کنند، تعیین گردند. محدودیت های مسیر ممکن است نوع و حداکثر خمیدگی روساخت دیوار را، بویژه با واحد های MBW، محدود کنند.
  • طول تسلیح. حداقل طول تسلیح برابر 0.7H برای دیوار های MSE پیشنهاد می گردد. برای سازه های در معرض سربار قرار دارند طول های بیشتری مورد نیاز می باشد. در موقعیت های خاص، طول های کمتری می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

در ایران حداقل طول تسلیح برابر 8/0 ارتفاع تعریف شده است که به نظر می رسد این افزایش به دلیل قرار گیری کشور بر روی کمربند زلزله از سوی کارشناسان سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشود تعیین شده باشد.

  • بار های خارجی. بارهای خارجی ممکن است سر بار خاک مورد نیاز برای هندسه، بارهای پی سطحی مجاور، بارهای خطی ناشی از ترافیک، و یا بارهای ضربه ای ترافیکی باشند. بار های خط ترافیک و بارهای ضربه ای در جاهایی قابل اعمال می باشند که مسیر عبور و مرور به موازات سطح دیوار و در فاصله ای کمتر از نصف ارتفاع دیوار  قرار گرفته باشد. مقدار حداقل بار های ترافیکی که در بند های 3.20.3 و 5.8 آشتو به آنها اشاره شده است، یک بار یکنواخت معادل 0.6 متر (2 فوت ) از خاک بر روی مسیر های عبور و مرور می باشد.
  • جایگزینی (خاکریزی) دیوار. حد اقل عمق خاکریزی برای دیوار ها از سطح پرداخت شده مجاور تا بالای بالشتک تراز کننده باید بر مبنای ظرفیت باربری، نشست و ملاحظات پایداری باشد. روش موجود بر مبنای ملاحظات ظرفیت باربری، عمق های زیر را برای خاکریزی پیشنهاد می کند:

شیب در جلوی دیوار               حداقل عمق تا بالای بالشتک تراز کننده 

افقی (دیوارها)                      H/20  

افقی (پایه های کناری پل)        H/10            

 

مقادیر بزرگتری ممکن است مورد نیاز باشد که به عمق نفوذ یخبندان، انقباض و انبساط خاک های فونداسیون، فعالیت لرزه ای، و آب شستگی بستگی دارد. مقدار حداقل در هر موردی برابر 0.5 می باشد بجز در مورد سازه هایی که بر روی سنگ های سطحی قرار گرفته باشند که ممکن است هیچ خاکریزی مورد استفاده قرار نگیرد. متناوبا، خاکهای مستعد یخبندان می توانند حفاری شده و با خاکریز های غیر مستعد برای یخبندان جایگزین گردند، از اینرو ارتفاع کل دیوار کاهش می یابد. این ارتفاع به اندازه یک میز افقی با حداقل عرض 120 سانتی متر (4 فوت) که از وجه اندازه گیری می شود در جلوی دیوار های قرار گرفته بر روی شیب ها فراهم خواهد شد.

برای دیوار هایی که در طول رودخانه ها و آبراهه ها ساخته می شوند و عمق جریان آب تا حد نهایی قابل اعتماد باید مورد محاسبه قرار گرفته شود و حداقل مقدار خاکریزی برابر 0.6 متر زیر این عمق پیشنهاد می گردد. برای سازه های RSS خاکریزی مورد نیاز نمی باشد مگر آنکه بوسیله ی شرایط طراحی نیاز بدان مشخص گردد.

  • فعالیت لرزه ای. دیوار MSE و سازه های شیب بدلیل انعطاف پذیری شان، در برابر نیروهای دینامیکی تولید شده در طی یک حادثه ی لرزه ای، کاملا مقاوم می باشند که این موضوع بوسیله ی عملکرد عالی این سازه در طی چندین زلزله ی اخیر در آمریکا مورد تایید قرار گرفته است.

حداکثر شتاب افقی زمین برای هر گاه لرزه می تواند از بخش سوم آشتو، قسمت 1-A، طراحی لرزه ای بدست آید. برای کارگاه هایی که ثابت شتاب "A" در آشتو کمتر از 0.05 یا برابر آن می باشد، ملاحظات طراحی استاتیکی حاکم بوده و عملکرد دینامیکی یا شرایط طراحی دینامیکی ممکن است حذف گردد. در ایران همیشه بالای این مقدار باید در نظر گرفته شود.

برای کارگاه هایی که ثابت شتاب بزرگتر از 29/0 می باشد، حرکت های جانبی کل قابل توجهی ممکن اتفاق بیفتد و یک متخصص طراحی لرزه ای باید پایداری و تغییر شکل بالقوه ی سازه را مورد بررسی قرار دهد. کلیه ی کارگاه هایی که ثابت "A" بزرگتر از 05/0 می باشد باید برای پایداری لرزه ای طراحی یا بررسی گردند. برای سازه های RSS ، تحلیل لرزه ای باید قطع نظر از شتاب در نظر گرفته شود.

  • تحمل پانل های پیش ساخته ی روساخت در برابر نشست. سازه های MSE دارای قابلیت تحمل قابل توجهی در برابر تغییر شکل هم در جهت طولی در طول دیوار و هم عمود بر وجه جلویی دیوار می باشند. از اینرو، شرایط ضعیف فونداسیون به ندرت از استفاده ی آنها جلوگیری می کند. با این حال، در جاییکه نشست تفاضلی قابل توجهی (بزرگتر از 1/100) مورد انتظار است،  پهنای اتصال کافی و یا اتصالات لغزش باید فراهم گردد تا از ترک برداشتن پانل پیشگیری گردد. این فاکتور ممکن است نوع و طراحی پانل روساخت انتخابی را تحت تاثیر قرار دهد.

پانل های مربعی بطور کلی دارای سازگاری بیشتری با نشست های تفاضلی طولی نسبت به پانل های مستطیلی دراز با همان مساحت سطح می باشند. راهنمایی در مورد حداقل پهنای اتصال و محدودیت نشست های تفاضلی قابل تحمل، در جدول 3 برای پانل های دارای مساحت سطحی برابر 5/4 متر مربع (50 فوت مربع) آورده شده است.

دیوار های MSE که با پانل های دارای ارتفاع کامل ساخته شده اند باید به نشست های تفاضلی برابر با 1/500 محدود گردند. دیوار های دارای پانل هایی که با روساخت به صورت خشک قالب ریزی شده اند (MBW) باید به نشست هایی برابر با 1/200 محدود گردند. برای دیوار های دارای روساخت های کابلی جوش داده شده، نشست تفاضلی باید به 1/50 محدود گردد.

در جاهایی که نشست تفاضلی قابل توجه عمود بر وجه دیوار مورد انتظار باشد، اتصال تسلیح ممکن است دارای تنش بیش از حد گردد. در جایی که پشت ناحیه ی خاک مسلح بیش از وجه آن نشست خواهد کرد، تسلیح می تواند بر روی سطح شیبدار خاکریز، که در انتهای پشتی تسلیح بلند تر می باشد، قرار گیرد تا از نشست قائم بزرگتر جلوگیری کند. این می تواند موردی باشد که یک شیب تند سربار ساخته می شود.

جدول 3. رابطه ی مابین پهنای اتصال و نشست های تفاضلی محدود برای پانل های پیش ساخته ی MSE

پهنای اتصال                                  تنش تفاضلی محدود

20 میلیمتر                                   100/1

13 میلیمتر                                   200/1

6 میلیمتر                                     300/1

این روش ساخت اخیر، نیاز مند آن است که زهکش سطحی پس از ساخت هر روز با دقت کنترل گردد.  متناوبا در هر جا که نشست تفاضلی قابل توجه مورد انتظار باشد، روش های بهبود زمین ممکن است محدود کردن نشست ها را تضمین کنند، که در شرایط زمین شناسی با آن اشاره گردید.

  1. عمر طراحی

دیوار های MSE بر مبنای ملاحظات آثار بالقوه و طولانی مدت زوال مصالح، نفوذ، جریان های سرگردان و دیگر فاکتور های مخرب محیطی بر روی هرکدام از اجزای تشکیل دهنده ی دیوار، برای یک عمر سرویس دهی طراحی می گردند. در اغلب موارد، دیوار های نگهدارنده ی دائمی حد اقل باید برای 75 سال سرویس دهی طراحی گردند. دیوار های نگهدارنده برای کاربرد های موقتی معمولا برای عمر سرویس دهی برابر 36 ماه یا کمتر طراحی می گردند.

سطح بالاتری از ایمنی و یا عمر سرویس دهی طولانی تر (مثلا 100 سال) ممکن است برای دیوار هایی که پایه های کناری پل، ساختمان ها، تسهیلات مهم مانند آب و برق، یا تسهیلات دیگر که ممکن است نتایج حاصل ازعملکرد ضعیف آنها سخت باشد، را محافظت می کنند، مناسب باشد.

کیفیت عملکرد در حین بهره برداری، یک نکته ی مهم در طراحی دیوار های نگهدارنده ی دائمی می باشد. دیوار های دائمی به گونه ای طراحی می گردند که جلوه ی زیبایی داشته و به دلیل عمر سرویس دهی طراحی آن ها اساسا به نگهداری نیاز نداشته باشند.

برای سازه های RSS، همان حداقل گستره های مربوط به عمر طراحی باید در نظر گرفته شود.

نکته ای که در کشور مشاهده می شود این است که برخی از پیمانکاران فاقد صلاحیت اجرای دیوارهای خاک مسلح را بر عهده دارند و با وجود هزینه های سرسام آور اجرا این دیوارها، عمری کمتر از ده سال را برای آن ها پیش بینی می کنم.

محمد مهدی شریعتی ; ٩:٢٩ ‎ق.ظ ; ۱۳٩۱/٧/٢
=============================== =============================== Link Code: =============================== ليست وبلاگ‌های به روز شده ===============================