Geosynthetic Reinforced Soil (GRS) Walls

امروزه روش های مختلفی برای پایدارسازی خاکریز ها استفاده می شود. یکی از این روش ها که تقریباً در کشور ما روشی نوین محسوب می شود روش دیوار خاک مسلح یا ژئوسنتتیک است. این کتاب یکی از مراجع مطرح در زمینه دیوار های مسلح شده به کمک ژئوسنتتیک ها می باشد و مخاطب می تواند با مطالعه فصل های مختلف آن با مفاهیم حاکم بر این روش و همچنین انواع روش های طراحی و اجرا در این دیوار ها آشنا شود.

از زمان معرفی خاک مسلح در اوایل دهه 1960، بسیاری از ساز و کار های ابتکاری دیوارهای خاک مسلح برای پیشبرد پروژه های عمرانی در مقابله با شرایط موجود در خاک های ضعیف توسعه یافته اند. روش دیوارهای خاک مسلح با به کارگیری صفحات افقی ژئوسنتتیک سبب بهبود مشخصات مختلف خاک و دیوار نظیر نشست و پایداری می شود. به طور کلی دیوار های تقویت شده با ژئوسنتتیک ها مزایای بسیاری نسبت به سایر دیوارهای متداول نظیر دیوارهای وزنی، دیوارهای بتنی مسلح، دیوارهای طره ای، دیوارهای گهواره ای و … دارند. به عنوان نمونه دیوارهای خاک مسلح به خاطر وجود عناصر کششی در داخل خود ظرفیت باربری مناسبی را در راستای قائم و افقی برای خاک به ارمغان می آورد. علاوه بر این، از دیگر برتری های دیوار خاک مسلح می توان به شکل پذیری مناسب آن ها اشاره کرد که این امر از گسیختگی ناگهانی آنها در مواجهه با عوامل مختلف جلوگیری می نماید. سرعت اجرا و ساخت این دیوارها، سازگاری بیشتر با خاکریزهای ضعیف، حجم خاکبرداری کم سبب شده است دیوارهای خاک مسلح به عنوان یکی از اقتصادی ترین گزینه های موجود برای دیوار های حائل در پروژه های مختلف ژئوتکنیکی مطرح شود. میزان محبوبیت این روش با سرعتی قابل توجه در حال افزایش است. بدین صورت که تا به امروز به میزان بیش از 100،000 متر مربع (بر حسب سطح کل) سالانه تنها در ایالات متحده ساخته و اجرا می شود.

همان طور که گفته شد در فناوری جدید دیواره‌ های خاک مسلح، نوارهای فلزی یا ورق ‌های پلیمری مصنوعی (که ژئوسنتتیک نامیده می شوند) را به عنوان مسلح کننده کششی در هندسه های مختلف در لایه های خاکریز، تعبیه می کنند. برای طراحی این دیوارها، علاوه بر مشخصات خاک موجود در خاکریز نظیر مشخصات مقاومتی خاک نظیر چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و …، میزان اصطکاک و اندرکنش بین ژئوسنتتیک و خاک، میزان مقاومت کششی ژئوسنتتیک نیز می تواند تاثیر بسزایی در تعیین طول ژئوسنتتیک و ضخامت صفحات پلیمری در داخل خاکریز داشته باشد. با توجه به این که در این روش خاکریز به صورت مکانیکی و به کمک ژئوسنتتیک ها که در واقع عناصر خارجی هستند مسلح می شود، به آن ها MSE (Mechanically Stabilized Earth Retaining Walls) نیز می گویند. تا به امروز، بیش از 60،000 دیوار خاک مسلح در امتداد بزرگراه ها در ایالات متحده ساخته شده است.

فاصله مسلح کننده های مورد استفاده در دیوار های GMSE نسبتاً زیاد می باشد. این موضوع از یک مفهوم اساسی طراحی، سرچشمه می گیرد که فاصله عناصر تسلیح به سختی برای عملکرد مهم است و فاصله بزرگتر منجر به زمان ساخت کوتاه تر می شود. با این حال، در سال های اخیر، تأثیر مفید استقرار تقویت‌کننده ‌های ژئوسنتتیک در فاصله‌گذاری کم، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. نشان داده شده است که فاصله نزدیک تقویت کننده ظرفیت باربری را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و مهم تر از آن، پایداری توده خاک تقویت شده را بهبود می بخشد. در بخش دیگر مطالعات نشان داده است که رفتار توده خاک های تقویت شده با مسلح کننده های نزدیک به هم را می‌توان به ‌طور دقیق به عنوان کامپوزیت‌ های ژئوسنتتیک و خاک توصیف نمود.

 خاک تقویت شده با ژئوسنتتیک (GRS) به عنوان یک جایگزین مناسب برای GMSE در اوایل دهه 2000 مطرح شد. GRS از برهم کنش خاک و ژئوسنتتیک بهره می برد و توده خاک را به صورت داخلی تقویت می کند. برای استفاده از اثر مثبت برهم کنش خاک و ژئوسنتتیک، فاصله ژئوسنتتیک در GRS بسیار کمتر از GMSE در نظر گرفته می شود. مخاطب باید توجه داشته باشد که در ادبیات فنی، اصطلاح “GRS” گاهی اوقات برای تمام سازه های خاکی تقویت شده با ژئوسنتتیک بدون توجه به فاصله عناصر تسلیح در مفاهیم طراحی استفاده می شود ولی خواننده کتاب دیوار های خاک مسلح باید پس از خواندن این کتاب در این موضوع تمایز قائل شود.

به طور کلی GRS شباهت زیادی به GMSE دارد، زیرا هر دو از سه جزء اصلی تشکیل شده‌اند: نما، خاکریز متراکم و ژئوسنتتیک افقی.

تفاوت اصلی بین این دو روش، در مفاهیم طراحی نهفته است. GRS در واقع ژئوسنتتیک های نزدیک به هم در داخل خاک را برای مسلح سازی خاک در نظر می گیرد. ولی در GMSE ها فاصله ژئوسنتتیک ها به عنوان اعضای اصطکاکی برای تثبیت گوه گسیختگی احتمالی در نظر گرفته می شود. این تفاوت سبب می شود تا نقشه نما در این دو روش کاملاً متفاوت باشد. در GRS، نقش رویه های استفاده شده در ابتدا بهبود زیبایی ظاهری و در گام بعدی کمک به مقابله با ریزش که در حقیقت کمک سازه ای است، می باشد.

در مقوله محبوبیت در دنیای امروز، GMSE از محبوبیت بسیار بیشتری نسبت به GRS برخوردار است. این موضوع تا حدی به این دلیل است که درک درستی از GRS وجود ندارد و علاوه بر این، شباهت بیشتر GMSE در مفاهیم طراحی به دیوار های حائل معمولی می تواند دلیل دیگری در توجیه این تفاوت در محبوبیت باشد. چرا که اکثر طراحان با مقوله تغییر چندان راحت نیستند و ترجیح می دهند از طرح های موجود که امتحان خود را پس داده است استفاده نمایند.

اخیراً، تعدادی از طراحان مشهور و پیمانکاران فعال در زمینه دیوار، میزان خرابی GMSE را حدود 5 تا 10 درصد تخمین زده اند. در غالب موارد، این خرابی ها مرتبط با قابلیت بهره برداری (یعنی تغییر مکان بیش از حد) مرتبط هستند. انجمن ملی بتن در ایالات متحده نیز نرخ شکست 2 تا 8 درصد انواع مختلف دیوار های GMSE را تخمین زده است. چه خرابی از نوع سازه ای باشد و چه خرابی از نوع قابلیت بهره برداری، میزان شکست تعیین شده در مقایسه با انواع دیگر دیوار بسیار بیشتر است. مطالعات صورت گرفته در مورد علل گسیختگی تاکنون به راه حل های قطعی برای مشکل های مختلف منجر نشده است. با توجه به این موضوع می توان گفت با کاهش فاصله مسلح کننده ها و تشکیل یک توده مرکب از خاک و ژئوسنتتیک با سختی و شکل پذیری بالاتر، GRS به آرامی اما به تدریج خود را به عنوان یک روش دیواری جایگزین مناسب برای GMSE معرفی نموده است. GRS مزایایی را وعده داده است:

1. بهبود مشخصات تراکمی و مقاومتی در خاکریزها
2. کاهش اثرات ناشی از خزش
3. بهبود پایداری لرزه ای
4. مقابله با فشار جانبی خاک و بهبود پایداری نما

تا زمانی که خاکریز به خوبی متراکم شده باشد، احتمال گسیختگی در روش GRS بسیار کاهش می یابد زیرا GRS برای حفظ پایداری کلی به پایداری هیچ یک از اجزای سازه ای نظیر انکر و البته رویه متکی نیست.

کتاب دیوار های خاک مسلح به هر یک از دو روش GRS و GMSE می‌پردازد اما تاکید آن بر روش اول بسیار بیشتر خواهد بود. جزئیات GMSE توسط چندین کتاب و آیین نامه مانند آیین نامه های الزامات طراحی پل، AASHTO، FHWA ارائه شده است. برای تکمیل، این کتاب با مروری بر مقاومت برشی خاک ها (فصل 1) و نظریه های مرسوم فشار جانبی خاک ها (فصل 2) آغاز می شود. فصل 3 از کتاب دیوار های خاک مسلح به رفتار مشاهده‌ شده از توده مرکب خاک و ژئوسنتتیک، ساز و کارهای تقویت‌کننده دیوار های GRS در انواع مختلف رویه می‌پردازد. فصل 4، ژئوسنتتیک ها را به عنوان مسلح کننده، با تأکید بر خواص مکانیکی ژئوسنتتیک ها، از جمله خواص بار- تغییر شکل، ویژگی های خزش به همراه نکاتی در مورد اندرکنش بین خاک و ژئوسنتتیک را مورد بررسی قرار می دهد. فصل 5 مفاهیم طراحی دیوار های GRS را مورد بحث قرار می دهد و تعدادی از روش های طراحی رایج برای این دیوارها را توضیح می دهد. علاوه بر این، پیشرفت‌ های اخیر صورت گرفته در زمینه طراحی GRS نیز در این فصل بیان شده است. فصل 6 به مقوله اجرا در دیوار های GRS و معرفی روش های رایج در این زمینه به همراه دستورالعمل های اجرایی می پردازد. نویسنده امیدوار است که جامعه مهندسی عمران به کمک این کتاب به نحو مناسبی با GRS آشنا شود تا این فناوری جدید بیشتر در پروژه های مختلف ژئوتکنیکی مورد استفاده قرار گیرد.