Geotechnical Design Manual Version 2 – 2019  (SCDOT)

دانلود Geotechnical Design Manual Version 2 – 2019  (SCDOT)

دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی یک مرجع طراحی ژئوتکنیکی را منتشر کرده تا راهنمای یکپارچه ای را برای توسعه تحقیقات محل پروژه، ضرایب مقاومت (ϕ)، محدودیت عملکردها، فرآیند طراحی و موارد تحویلی پروژه، فراهم کند. کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی برای همه پروژه ها در مجموعه دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی به کار برده می شود.

یک مهندس باید تمام شاخصه های ارائه شده در کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی را دارا باشد و همچنین الزامات ایمنی و عملی دانشگاه مذکور را مهیا کند. اگرچه شاخصه های ارائه شده در راهنما، به عنوان استانداردی در نظر گرفته نمی شود که در هر شرایطی رعایت شود. مهندسان باید اثرات اقتصادی، ویژگی های بصری و منابع اجتماعی و فرهنگی محل پروژه را در نظر بگیرند و سایر عوامل در صورت اقتضا و باید به صورت کتبی به بخش پیش از ساخت – طراحی ژئوتکنیکی مربوطه تغییراتی در ضوابط درخواست کند و باید شامل توجیه فنی در مورد اینکه چرا اصلاح لازم است، باشد.

کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی ورژن 2 (دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی)، بیشتر اطلاعاتی که به طور معمول در طراحی ژئوتکنیکی پروژه های مربوط به حمل و نقل لازم است را ارائه می دهد. اگر چه، از آن جا که بررسی تمام مسائلی که مهندسان ژئوتکنیک با آن مواجه هستند، غیر ممکن است، در صورتی که نیاز به موضوعی باشد که در این راهنما به آن پرداخته نشده است، بهتر است که از یک قضاوت مهندسی درست و کامل استفاده شود. مهندسین ژئوتکنیک مکررا باید در روششان در طراحی ژئوتکنیکی خلاق باشند. برای رسیدن به این مهم، به عنوان مثال به تحقیقات بیشتر در ادبیات فنی ژئوتکنیک نیاز است. هر سوالی در مورد قابلیت اجرا یا تفسیر هر رویه، تحلیل یا روشی در مورد این راهنما وجود داشته باشد، بهتر است که به بخش پیش از ساخت و ساز – طراحی ژئوتکنیکی ارجاع داده شود.

ویرایش فعلی این راهنما، بر اساس ویرایش هشتم انجمن ایالتی حمل و نقل و بزرگراه آمریکا (AASHTO) در مورد مشخصات فنی طراحی پل به روش LRFD آماده شده است و در صورت ارجاع به مشخصات فنی AASHTO LRFD، از آن استفاده خواهد شد.

فرآیند اصلاح کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی

کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی ورژن 2 (دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی)، قصد دارد که آخرین خط و مشی طراحی ژئوتکنیکی و روش های مورد استفاده در توسعه پروژه های بزرگراهی ایالتی را ارائه دهد. برای اطمینان از به روز باقی ماندن راهنما و انعکاس مناسب تغییرات در نیازها و الزامات دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی، بخش های مختلف آن بر پایه آخرین تغییرات، به روز رسانی خواهد شد. موارد به روزرسانی شده و اصلاحات انجام شده در میان ویرایش های مختلف این راهنما، با عنوان بولتن طراحی ژئوتکنیکی منتشر خواهد شد و در وبسایت این دانشگاه در دسترس قرار خواهد گرفت.

در ادامه به بررسی اجمالی فصل های مختلف ارائه شده در این راهنما می پردازیم:

فصل 4: دستورالعمل کاوش زیرزمینی

این فصل از کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی دستورالعمل های مورد استفاده در انجام کاوش های زیرزمینی را در هر دو شرایط مقدماتی و پیشرفته ارائه می دهد. نوع واقعی کاوش زیرزمینی، عمق، محل و تناوب محل های انجام آزمایش بر پایه اطلاعات مختص هر پروژه خواهد بود. کاوش های زیرزمینی نیز باید فواصل آزمایشی را که با فواصل استاندارد موجود در این فصل متفاوت است نشان دهد. الزامات فرآیند خاص برای انجام تست های آزمایشگاهی و در محل در فصل 5 ارائه شده است. الزامات این فصل به تمام پروژه هایی که توسط دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی آماده شده اعمال می شود (بدون در نظر گرفتن روش قرارداد نویسی شامل درخواست های مجوز تخطی).

فصل 5: روش های انجام آزمون های آزمایشگاهی و در محل

این فصل به بحث در مورد مواردی که به روش آزمون های آزمایشگاهی و درجا مربوط است می پردازد. بخش های 5.2 و 5.3 روش های نمونه گیری و روش های مختلف بازیابی نمونه های خاکی و سنگی را بحث می کند. این بخش ها همچنین روش های حفاری و تجهیزات معمولا در دسترس را توضیح می دهند. بخش 5.4 آزمون های آزمایشگاهی بر روی خاک و سنگ و همچنین آزمون های مختلف را بررسی می کند. آزمون ها بر اساس استاندارد های AASHTO و ASTM انجام خواهند شد.

فصل 6: توضیح، طبقه بندی و گزارش مصالح

توضیح، طبقه بندی و دیگر اطلاعاتی که در حین کاوش زیرزمینی از مصالح به دست می آید، قویا به مصالح به دست آمده در طول برنامه کاوش صحرایی و همچنین در حین فاز طراحی و ساخت پروژه، بستگی دارد. بنابراین نیاز است روش گزارش این داده ها استاندارد شود. گزارش کاوش های زیرزمینی، باید به اندازه کافی به شکل ارائه شده در این فصل، نزدیک باشد.

این فصل از کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی به دو بخش تقسیم شده است، قسمت اول به توضیح و طبقه بندی خاک اختصاص یافته و قسمت دوم نیز به توضیح و طبقه بندی سنگ خواهد پرداخت. بخش توضیح و طبقه بندی خاک، دو سیستم طبقه بندی که در دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی استفاده می شوند را بحث خواهد کرد (به عنوان مثال AASHTO و USCS).

فصل 7: ژئومکانیک

این فصل، خط و مشی طراحی ژئوتکنیکی دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی را ارائه می دهد. این خط و مشی، شامل روشی برای کاوش های ژئوتکنیکی پروژه و ارائه روابط همبستگی متصل کننده کارهای در محل و آزمایشگاه، می شود. رویکرد بررسی ژئوتکنیکی پروژه های حمل و نقل مستلزم استفاده از کاوش ها و گزارشات مقدماتی و نهایی است. گسترش فهم از محیط زمین شناسی ناحیه ای و منطقه ای و اثر لرزه خیزی پروژه نیز مورد نیاز است. روش ژئوتکنیکی که در این فصل ارائه شده است، تنها روش موجود نیست، ولی روش ارائه شده حاصل از فرآیندهای تفکر محور، انتظار می رود که در پروژه های دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی به کار برده شود.

فصل 8: طراحی ژئوتکنیکی بر اساس رویکرد LRFD

در سال 1986، یک مطالعه NCHRP، نتیجه گرفت که مشخصات فنی استاندارد آشتو (AASHTO) برای پل بزرگراه ها برخی تناقضات را دارد و از آخرین فلسفه های طراحی دانش استفاده نمی کند. در پاسخ، آشتو در سال 1994، روش طراحی ضریب بار و مقاومت (LRFD) را در طراحی پل و همچنین راهنمای رتبه بندی ضریب بار و مقاومت (LRFR) را در سال 2002 ارائه داد. آیین نامه اخیر AASHTO LRFD، جدیدترین روش های تحلیل و طراحی را با ضرایب بار و مقاومت، بر پایه تنوع بارهای وارده و مشخصات مصالح، ترکیب می کند. این ضرایب بار و مقاومت از آمار واقعی استفاده کرده اند تا سطح ایمنی یکنواختی را تضمین کنند.

فصل 9: ضرایب مقاومت ژئوتکنیکی

AASHTO و FHWA مطالعاتی را برای به دست آوردن ضرایب مقاومت ژئوتکنیکی بر پایه نظریه قابلیت اطمینان انجام داده است که عدم اطمینان ارائه شده در موارد زیر را به حساب می آورد:

• دقت تخمین مدل ها (روش طراحی)
• مشخصات محل
• اطمینان پذیری محاسبات مشخصات مصالح
• مشخصات مصالح نسبت به محل، جهت و زمان
• مقاومت مصالح
• کفایت و قابلیت اجرای نمونه برداری
• رفتار خاک
• اثرات ساخت و ساز بر طراحی

فصل 10: محدودیت های اجرا در ژئوتکنیک

طراحی نهشته های خاکی ملاحظاتی را برای اجرای جاده ها و همچنین هر نوع سازه ای که در این نهشته ها قرار می گیرد، در نظر می گیرد (به عنوان مثال: کالورت ها، لوله ها و ERS ها). هیچ هدف یا محدودیت اجرایی برای سازه های هیدرولیکی ارائه نشده است (به عنوان مثال کالورت ها و لوله ها). عملکرد قابل قبول سازه هیدرولیکی بر اساس درستی اجرای سازه و امکان ادامه عملکرد آن به همان شکل طراحی شده است (به عنوان مثال رساندن آب از یک سوی خاکریز به سمت دیگر آن).

فصل 11: زمین شناسی و لرزه خیزی کارولینای جنوبی

این فصل از کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی مشخصات زمین شناسی و لرزه خیزی ایالت کارولینای جنوبی را در بستر اجرای مهندسی ژئوتکنیک برای دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی، توضیح می دهد. انتظار می رود که مطالبی که در این فصل ارائه می شود چارچوبی فنی برای بررسی مشخصات پایه ای زمین شناسی و لرزه خیزی را فراهم کند. قصد این فصل بر این نیست که عمیقا در مورد تمام تشکیلات زمین شناسی و ویژگی های یافته شده در ایالت کارولینای جنوبی بحث کند یا بحثی کاملا فنی در مورد لرزه خیزی این ایالت ارائه دهد.

فصل 12: تحلیل ژئوتکنیک لرزه ای

تحلیل ژئوتکنیک لرزه ای، شامل ارزیابی خطرات لرزه ای و اثرات این خطرات بر روی سازه های حمل و نقلی طراحی شده می شود. این کار با مشخص و توصیف کردن لایه های خاک زیرین، تعیین خطرات لرزه ای، ارزیابی اثرات محلی بر طیف پاسخ و ایجاد یک طیف پاسخ شتاب طراحی برای استفاده در طراحی پل ها و دیگر سازه های مربوط به مهندسی حمل و نقل، انجام می شود.

فصل 13: خطرات ژئوتکنیک لرزه ای

غربالگری، شناسایی و ارزیابی خطرات ژئوتکنیک لرزه ای در محل یک پروژه، بخش های اساسی ژئوتکنیک لرزه ای است. اثرات این خطرات باید در حین طراحی سازه های ژئوتکنیکی از جمله فونداسیون پل ها، ERS ها و خاکریز ها مورد توجه قرار گیرد. این خطرات را می توان به طور کلی به دسته هایی از جمله از دست دادن مقاومت برشی و سختی خاک، لرزش زمین (به عنوان مثال شتاب ها و نیروهای اینرسی) و جا به جایی جانبی و نشست خاک ناشی از لرزش نسبت داد.

از دست دادن مقاومت برشی خاک در کارولینای جنوبی در ابتدا به دلیل روانگرایی لرزه ای خاک های دانه ای سست و در درجه دوم به دلیل نرم شدگی سیکلیک خاک های چسبنده اتفاق می افتد. شتاب لرزه ای و نیروهای اینرسی می تواند به دلیل افزایش نیروهای محرک در اثر افزایش فشار محرک خاک،  ناپایداری ایجاد کند. تغییر مکان جانبی خاک در اثر لرزش نیز در زمین های شیب دار ایجاد می شود که نیروهای محرک افزایش یافته می تواند از مقاومت جانبی خاک پیشی بگیرد. نشست لرزه ای می تواند یا در اثر روانگرایی خاک های غیر چسبنده و یا در نتیجه تراکم خاک های غیر اشباع و مصالح پر کننده متراکم شده به وجود آید.

فصل 14: طراحی ژئوتکنیک لرزه ای

این فصل از کتاب طراحی ژئوتکنیکی یک راهنما برای طراحی ژئوتکنیک لرزه ای پل ها، خاکریز ها، ERS ها و سازه های گوناگون ارائه می دهد. طراحی ژئوتکنیک لرزه ای شامل ارزیابی عملکرد آیین نامه EEI حالت حدی سازه های مربوط به مهندسی حمل و نقل مربوط به ایالت کارولینای جنوبی، تحت خطرهای لرزه ای و بارگذاری جانبی ناشی از زلزله است. بارگذاری جانبی لرزه ای، بر فشار خاک با افزایش فشار استاتیکی محرک خاک و کاهش فشار استاتیکی مقاوم آن، تاثیرگذار است.

روش های محاسبه فشار لرزه ای محرک و مقاوم خاک در این فصل از کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی ارائه خواهد شد. طراحی لرزه ای ژئوتکنیکی معمولا با استفاده از روش های طراحی بر اساس عملکرد انجام می شوند تا بررسی کند که آیا عملکرد سازه، شاخصه های عملکردی ژئوتکنیکی ارائه شده در فصل 5 را ارضا می کند یا خیر. روش های طراحی بر اساس نیرو نیز ارائه شده است که این روش ها بیشتر مناسب ارزیابی شرایط مرزی هستند. اگر حدود عملکردی از مقادیر مجاز تجاوز کند، استفاده از روش های جلوگیری از خطرهای لرزه ای، برای ارضای حدود عملکردی، مورد بحث قرار می گیرد.

فصل 15: پی های سطحی

این فصل، طراحی و تحلیل مورد نیاز برای پی های سطحی را ارائه می دهد که برای سازه های دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. بر اساس BDM، پی سطحی، بار روی خود را به لایه خاک یا سنگ در عمق های نسبتا کم (کمتر از 10 فوت) توزیع می کند. پی های سطحی نه تنها برای پل ها بلکه برای سازه های مسکونی، ERS ها، کالورت های جعبه ای و بدون کف و دیگر سازه های فرعی استفاده می شوند. پی های سطحی تنها به پی های تک محدود نمی شوند بلکه شامل پی های نواری، پی گسترده و صفحات با گوشه ضخیم نیز می شوند. نوع پی سطحی مورد استفاده به نوع سازه بالاسر آن بستگی دارد. BDM، استفاده از شمع پیش ساخته یا درجاریز را در زیر پی سطحی شامل می شود و برای طراحی و تحلیل شمع می توان به فصل 16 مراجعه کرد. در این نوع از پی های سطحی، از پی انتظار نمی رود که بار را مستقیما به خاک زیرین انتقال دهد.

فصل 16: پی های عمیق

این فصل، یک راهنمای کلی برای طراحی و تحلیل پی های عمیق برای استفاده برای سازه های بزرگراهی ارائه می کند. پی های عمیق، شامل شمع های کوبشی، درجاریز یا پایه پل، شمع های درجاریز مته ای، ریزشمع ها و شمع های محافظ پی سطحی می شوند. هر نوع پی، مزیت ها و معایب خاص خود را دارند که در بخش های آتی به آن پرداخته خواهد شد. طراحی پی های عمیق از 2 جزء تشکیل شده است، ظرفیت باربری محوری و جانبی (مقاومت یا برش) و نشست (عملکرد)، اگرچه در طراحی پی های عمیق، مقاومت محوری معمولا کنترل کننده است.

فصل 17: خاکریزها

این فصل راهنمایی کلی در طراحی و تحلیل پایداری نشست خاکریزها ارائه می کند. خاکریزها معمولا شامل شیب های خاکی غیرمسلح، خاکریزهای مسلح و شیب های خاکی مسلح (RSS) می شود و همچنین ERS های ساخته شده زیر نظر دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی نیز می تواند جزئی از آن ها باشد. این فصل مربوط به پایداری خارجی خاکریزها و ERS ها می شود. پایداری داخلی ERS ها، بسته به نوع آنها، جزء مسئولیت های SEOR است. نشست خاکریزها، ERS ها و پی ها (سطحی و عمیق) نیز در این فصل بررسی می شود. میزان نشست نیز مربوط به حالت حدی بهره برداری است. نشست ناشی از حالت حدی EE I در فصل 13 بحث شده است و فقط برای خاکریز پل و ERS قابل کاربرد است. نه پایداری و نه نشست نیاز نیست که برای خاکریزهای مربوط به راه مثل RSS ها و خاکریزهای مسلح در شرایط حدی EE I چک شود. مقدار نشست کلی و تفاضلی تعیین خواهد شد. تمامی نشست ها برای یک دوره 20 ساله تعیین خواهد شد مگر یک دوره زمانی به خصوصی توسط PC/GDS مشخص شود. با این حال، عمر طراحی برای خاکریزها 100 سال است. این دوره 20 ساله برای ایجاد همزمانی با چرخه جایگزینی / بازسازی راه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

فصل 18: سازه نگهبان خاک

سازه نگهبان خاک (ERS) برای محافظت از زمین خاکی در شرایطی که در جلو و پشت دیوار، خاک با ارتفاع متفاوت وجود داشته باشد، استفاده می شود. سازه های نگهبان خاک، بارهای وارد به آن را برای حفظ پایداری، به پایه دیوار بر روی المان مسلح پایدار داخلی منتقل می کند. به طور معمول، سازه های نگهبان در مقایسه با خاکریز ها، پر هزینه تر هستند، بنابراین در طراحی اولیه، نیاز برای استفاده از این سازه ها باید حتما در نظر گرفته شود. تمامی تلاش ها برای پایین نگه داشتن ارتفاع خاک محافظت شده باید انجام شود. سازه های نگهبان خاک برای شیب های بریده شده ای که فضای کافی برای ساخت و ساز وجود ندارد، استفاده می شود. پایه پل ها و دیوارهای پایه ای نیز به عنوان سازه نگهبان خاکی طراحی می شوند چرا که این سازه ها برای محافظت نهشته های خاکی استفاده می شوند.

فصل 19: بهسازی خاک

مطالب مربوط به بهسازی خاک ارائه شده در این فصل، بر اساس مطالب مربوط به Schaefer و همکاران (2017) جلد 1 و 2 است، ولی بحث کامل بر روی روش های بهسازی خاک مورد توجه قرار نگرفته است. GEOR باید در صورت نیاز به هر جلد برای جزئیات بیشتر در مورد روش بهبود زمین خاص مراجعه کند.

فصل 20: طراحی ژئوسنتتیکی

مواد ژئوسنتتیکی شامل 4 گروه کلی می شود: ژئوتکستایل، ژئوگرید، ژئوممبران و ژئوکامپوزیت. هر کدام از این 4 گروه کلی، با جزئیات بیشتری در ادامه این فصل بحث شده است. موادی که ژئوسنتتیک ها را می سازند، ممکن است دست ساز یا طبیعی باشند. رایج ترین مواد دست ساز شامل پلیمرهای سنتتیکی مثل پلی پروپیلن (PP)، پلی استر (PET) و پلی اتیلن با غلظت بالا (HDPE) می شود. باید توجه داشت که این پلیمرها در مقابل خوردگی شیمیایی و بیولوژیکی مقاوم هستند. دیگر پلیمرهای دست ساز که کمتر مورد استفاده قرار می گیرند، پلی آمیدها، پلی وینیل کلراید (PVC) و فیبر شیشه ای هستند. پلی آمید ها (مثل نایلون) در خاک خیلی بادوام نیستند چرا که در حضور آب تمایل به نرم شدن دارند. مواد طبیعی شامل پنبه، کناف و … می شوند. مواد طبیعی تجزیه پذیر هستند و بنابراین تنها باید برای کاربردهای موقت (کمتر از 1 سال) استفاده شوند.

فصل 21: گزارش های ژئوتکنیکی

این فصل از کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی، الزامات مورد نیاز برای آماده سازی گزارش های ژئوتکنیکی که در پروژه های طراحی برای دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی یا توسط آن انجام می شود، ارائه می شود. گزارش های ژئوتکنیکی برای رساندن اطلاعات مربوط به شرایط زیر سطحی، پی ها و ملاحظات ساخت و ساز به دیگر اعضای تیم پروژه آماده می شوند. دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی 5 نوع گزارش برای ارائه اطلاعات ژئوتکنیکی و پاسخ لرزه ای مربوط به هر مکان دارد.

• گزارش داده های ژئوتکنیکی زیرسطحی
• گزارش خط پایه ژئوتکنیکی
• گزارش مقدماتی مهندسی ژئوتکنیک
• گزارش نهایی مهندسی ژئوتکنیک
• گزارش تحلیل پاسخ لرزه ای مربوط به محل

فصل 22: آماده سازی برنامه کار

این فصل الزامات یادداشت های برنامه ریزی که لازم است در گزارش نهایی ژئوتکنیکی بحث شود و آماده سازی برنامه مربوط به کارهای ژئوتکنیکی را ارائه می دهد (به عنوان مثال بهسازی خاک). یادداشت های برنامه ریزی مربوط به موارد ژئوتکنیکی توسط GEOR آماده می شود و در بخش یادداشت برنامه ریزی گزارش ژئوتکنیکی ارائه می شود. این یادداشت های ارائه شده در گزارش ژئوتکنیکی لازم است که در برنامه نهایی ساخت و ساز قرار داده شود.

فصل 23: مشخصات فنی و مقررات ویژه

دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی مشخصات فنی استانداردی را برای سازه های بزرگراهی برای ارائه الزامات، مقررات و دستورات برای استفاده در پروژه های ساخت و ساز، توسعه داده است. به علاوه، این دانشکده مشخصات فنی مکملی (STS) که مشخصات فنی استاندارد برای سازه های بزرگراهی را اصلاح یا تکمیل می کند، را نیز ارائه می دهد. گاهی اوقات در جایی که نیاز به اصلاح مشخصات این دانشکده یا مشخصات اضافی است، این نیاز احساس می شود. هدف این فصل، ارائه راهنمایی برای آماده سازی مشخصات فنی مکمل و مقررات ویژه مربوط به هر پروژه است.

فصل 24: پشتیبانی ساخت و ساز

هدف این فصل ارائه درک پایه ای از پشتیبانی ساخت و ساز به کار برده شده در مسائل ساخت و ساز ژئوتکنیکی است. به طور معمول، مسائل ساخت و ساز ژئوتکنیکی، اعتبار سنجی مقاومت پی و درستی، مرور و پذیرفتن برنامه اجرای پی، اجرا، مرور و پذیرفتن ابزار گذاری ژئوتکنیکی یا مرور یا پذیرفتن برنامه خرید، است.

فصل 26: نرم افزار های ژئوتکنیکی

این فصل از کتاب راهنمای طراحی ژئوتکنیکی (دانشکده حمل و نقل دانشگاه کارولینای جنوبی)، یک بررسی کلی و اجمالی از نرم افزارهای استفاده شده در مهندسی ژئوتکنیک و تحلیل آن ارائه می دهد.