فشار ناشی از کوبش خاک بر دیوار های حائل (Soil compaction pressure on retaining wall)

در طی ساخت دیوار حائل، خاکبرداری محل و سپس ساخت دیوار حائل و نهایتا پر کردن و خاکریزی فضای خالی پشت دیوار، امری طبیعی و مرسوم است. با این کوبش و خاکریزی فشار ناشی از خاک افزایش یافته و اثر کوبش ناشی از ماشین آلات در حافظه خاک باقی خواهد ماند. توزیع فشار ناشی از کوبش و تراکم خاک بر دیوار های حائل به صورت شکل زیر خواهد بود. مثال رایج این موضوع، ابنیه نگهبان وزنی، طره ای و پشت بند دار هستند.

همچنین ممکن است قسمتی از خاکریزی یا خاکبرداری پشت سپرها بعد از احداث دیوار حائل انجام گیرد. اگر نشست خاک پشت دیوار باعث خرابی و مشکلات بهره برداری گردد، تراکم خاک راه حل مرسوم و رایج خواهد بود. به عنوان مثال نشست خاکریز پشت کوله پل می تواند باعث ناهموار شدن مسیر به پل شود. با دور شدن غلتک از دیوار، فشار جانبی اضافی ناشی از وزن غلتک به صورت کامل محو نمی شود زیرا خاک رفتار غیر خطی دارد و فشار جانبی آن با برداشتن سربار غلتک به مقدار اولیه باز نمی گردد. بنابراین، فشار ماندگار ناشی از تراکم خاک باید در طراحی دیوار حائل در حالت بهره برداری و بلند مدت مورد توجه باشد.

اگر سطح آب زیرزمینی بالا باشد ممکن است شرایط تراکم خاک در پشت دیوار حائل فراهم نباشد. در چنین شرایطی اگر لازم به محدود کردن نشست پشت دیوار باشد آن گاه تراکم خاک در فواصل دور از دیوار با ضربات ناشی از تراکم دینامیکی انجام می شود و در نزدیکی دیوار که امکان تراکم دینامیکی نیست باید از نوعی مصالح شن و قلوه سنگ های خود متراکم استفاده شود. به گونه ای که نسبت اندازه آنها یکنواخت باشد که در چنین حالتی فاصله تخلخل حداکثر و حداقل کم شده و مصالح به طور خودکار در وضعیت نزدیک به متراکم قرار می گیرند.

اگر غلتک به اندازه کافی دراز و پهن باشد می توان فرض کرد که نمونه خاک در شرایط سکون قرار دارد. توجه شود که فرض حالت سکون برای فشار جانبی خاک قبل از تراکم یکی از محدودیت های روش های ارائه شده برای تعیین فشار جانبی خاک در اثر تراکم است که با این فرض بارگذاری و باربرداری ناشی از غلتک را می توان در یک نمونه خاک تحت شرایط K₀ در آزمایش سه محوری مطالعه کرد.

مطابق شکل 1  نخست بارگذاری از نقطه O تا A در شرایط K₀ انجام شده و مسیر تنش از نقطه o تا A به صورت یک خط مستقیم است. سپس غلتک دور می شود و بار ناشی از آن از بین می رود ولی رفتار خاک غیر خطی است و مسیر بازگشت مثل مسیر رفت نیست و همانند AB است. مسیر تنش از نقطه A  به B همانند یک منحنی درجه دو است. این پدیده و مسیر های تنش آن در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفته است. منحنی AB در شکل 1 برای محاسبه فشار ناشی از تراکم به صورت ‘B’C’D در شکل 2 با مسیر مثلثی نشان داده شده، ساده سازی می شود. مسیر واقعی OAB در شکل 1 جایگزین مسیر ساده شده ‘OA’ B’C’D می شود. در شکل 2 نقطه A’ نشان دهنده شرایط اولیه قبل از اعمال بار غلتک است. در نقطه ‘B در این شکل، بار قائم غلتک اعمال شده است. در نهایت، با دور شدن غلتک ، به نقطه ‘C و سپس ‘D می رسیم. تنش موثر قائم و افقی در نقطه ‘D به ترتیب برابر با تنش موثر قائم اولیه (قبل از تراکم) و فشار جانبی خاک پس از تراکم است. بنابراین برای تعیین فشار جانبی ناشی از تراکم کافی است که مختصلات نقطه ‘D را به دست آوریم. پیشنهادات مختلفی برای تعیین شیب خط ‘A’B و ‘D’C در شکل 2 ارائه شده است. یک پیشنهاد مناسب این است که شیب خط ‘A’B برابر ضریب رانش سکون K₀ و شیب خط ‘D’C برابر عکس آن فرض شود. اگر چه خاک به صورت لایه ای متراکم می شود و مسیرهای تنش شکل 2 را باید برای تمام لایه ها بررسی کرد، ولی می توان فرض کرد که بحرانی ترین حالت مربوط به تراکم لایه بالایی است. بنابراین توزیع فشار جانبی پس از تراکم را می توان مطابق شکل 3 به دست آورد. تنش موثر در هر عمق در زمان تراکم σ’_vm برابر با (γz+∆σ_v) است که  γz وزن لایه های بالایی و σ_v∆ اضافه تنش ناشی از وزن غلتک است. σ_v∆ را می توان از روابط خطی (الاستیک) توزیع تنش در خاک (مثل روابط بوسینسک) به دست آورد.

شرایط تراکم خاک فقط در لایه های سطحی نزدیک به غلتک وجود دارد. زیرا فشار غلتک به لایه های عمیق نمی رسد. بنابراین مطابق شکل 2 فشار افقی خاک در لایه های سطحی برابر K_r σ’_v است که K_r همان شیب مفروض برای خط ‘C’D در شکل 2 است. به لایه های زیرین، فشار ناشی از غلتک نمی رسد و خاک در این لایه ها همانند دیوارهای رایج دیگر می تواند در شرایط متناسب با آن دیوار (برای مثال  K₀ برای دیوارهای وزنی سنگین فرض شود. ( بنابراین فشار جانبی خاک در لایه های پایینی برابر با (K₀ σ’_v) می شود. در عمق بین لایه های سطحی و لایه های عمیق فرض می شود که فشار جانبی برابر  با حاصل ضرب K₀ در تنش در آن عمق در زمان تراکم است. این محدوده، نشان دهنده شرایط خط افقی ‘B’C در شکل و منحنی 2 در شکل 3 است. شرایط تنش ها روی خطوط ‘A’B و ‘C’D در شکل 2  را به ترتیب می توان با توزیع فشار در حالت سکون و حالت K_r در شکل 3 نشان داد. محل تلاقی منحنی 2 و خط مستقیم 3 در شکل 3 را عمق حدی یا عمق بحرانی نامیده و آن را توسط رابطه زیر حساب می کنیم.

با داشتن Z_c ، K_r و K₀ در شکل 3 می توان توزیع فشار خاک کوبیده شده را به دست آورد. تراکم، باعث می شود که فشار جانبی خاک در لایه های بالایی خیلی بیشتر از شرایط سکون باشد. بعد از عمق Z_c مقدار فشار به سکون نزدیک می شود. مطابق راه حل بالا فرض شد که شرایط K₀ در هنگام غلتک زنی برقرار است ولی این موضوع محل بحث است. بنابراین، گاهی ضرایب K₀ و K_r در محاسبات بالا از سوی برخی از محققان به ترتیب با K_a و K_p جایگزین شده است.

مشکل روابط بالا و شکل 3 برای تخمین فشار جانبی در اثر تراکم این است که به نوع غلتک و بافت خاک توجه ندارد. تراکم در رس ها می تواند باعث فشارهای جانبی خیلی بزرگتر از حالت خاک های دانه ای شود. همچنین در تراکم رس، پدیده هایی مثل تغییرات فشار آب حفره ای و رهاسازی تنش وجود دارند که بر فشار جانبی ناشی از تراکم مؤثرند. البته، در نظر گرفتن این پدیده ها به صورت تحلیلی بسیار مشکل است و باید از روابط یا پیشنهادات تجربی برای آن ها استفاده کرد. همان طور که در ابتدای این قسمت مطرح شد، روش ارائه شده برای محاسبه فشار جانبی ناشی از تراکم برای دیوار های تسلیم ناپذیر، معتبر است. فشار خاک در پشت دیوار های حائل در حالت بدون تراکم در شرایط سکون K₀ قرار دارد. اگر دیوار تسلیم ناپذیر باشد. فشار جانبی خاک بر اثر تراکم کمتر می شود.

روش تجربی دانکن و سید برای تعیین فشار تراکم خاک

این روش افزون بر مبنای تحلیلی، متکی بر فرضیات تجربی بسیاری است. در این روش تعداد زیادی منحنی فشار جانبی خاک ارائه شده و استفاده از آن ساده است. با این فرض که شکل کلی منحنی توزیع فشار جانبی خاک بر اثر تراکم مثل شکل 4 است. این منحنی در عمق های زیاد به خط K₀ می رسد. و در کل منحنی شکل 4 بسیار شبیه به توزیع ساده مفروض در شکل 4 است. مقادیر کمی مشخص شده در شکل 4 برای شرایط  ذکر شده اعتبار داشته و برای شرایط مختلف طبق شکل 5 تفاوت خواهد کرد. برای استفاده از این منحنی ها ابتدا با توجه به بار غلتک در واحد عرض و نوع خاک، منحنی مورد نظر را مشخص کرده و سپس با دنبال کردن آن  به خط K₀ می رسیم البته می بایست یک سری ضرایب اصلاحی بر حسب ضخامت لایه ها، عرض غلتک و زاویه اصطکاک خاک در عمق خاک اعمال شود. بار غلتک از مجموع بار استاتیکی و دینامیکی به دست می آید. هنگامی که دیوار تسلیم ناپذیر نباشد آن گاه فرض می شود که فشار جانبی ناشی از تراکم خاک کمتر از مقادیر اشکال ذکر شده است.

در شکل 4 (منحنی تیپ فشار جانبی خاک در اثر تراکم)، بار غلتک = 500 پوند بر اینچ، فاصله غلتک از دیوار = 6 اینچ، ضخامت لایه ها = 6  اینچ، وزن مخصوص خاک = 125 پوند بر فوت مکعب، زاویه اصطکاک خاک = 35 درجه و چسبندگی خاک = صفر و خط راست مربوط به فشار سکون K₀ = 0.4 است.

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

• ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
• نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
• انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
• مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
• سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
• خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
• سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
• دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
• دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
• زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
• نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
• پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
• دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
• آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
• فشار جانبی خاک چیست؟ (Lateral earth pressure)
• فشار ناشی از کوبش خاک بر دیوار های حائل (Soil compaction pressure on retaining wall)

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

• تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
• ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
• پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
• تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
• ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
• شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
• پدیده زمین لغزش چیست؟ (Landslide)

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
• ژئوفیزیک (Geophysics)
• زمین شناسی (Geology)
• آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

• معرفی نرم افزار Plaxis
• معرفی نرم افزار GEOSLOPE
• معرفی نرم افزار AutoCAD
• معرفی نرم‌ افزار ETABS
• معرفی نرم افزار SAP2000
• معرفی نرم افزار SAFE
• معرفی نرم افزار ABAQUS
• معرفی نرم افزار FLAC
• معرفی نرم افزار MIDAS

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

• مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
• رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
• گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
• گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
• گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

• ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
• قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
• نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
• مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
• مدیریت پیمان (Management Contracting)
• مدیریت طرح (Construction Management)
• انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
• مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
• آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله

مطالب مرتبط :

• allanblock , Retaining Walls & Compaction
• skyciv , Lateral Earth Pressure for Retaining Wall Design