نسبی یعنی با سختی نسبی بالا مانند فولاد یا با سختی پایین مانند منسوجات پلیمری استفاده میشود. از دهه 80 میلادی به بعد استفاده از پلیمرهای مصنوعی به نام ژئوسنتتیکها2 بطور گستردهای متداول گردید. دلیل این مسئله میتواند ناشی از عملکرد بهتر این محصولات با سختی نسبی پایین که هماهنگی بهتری با خاک دارند، نسبت به مصالح تسلیح کننده فلزی با سختی بالا باشد. این منسوجات پلیمری یا مصنوعی به دلیل سختی نسبی پایین، از نظر تغییر شکل پذیری با خاک سازگارتر بوده، علاوه بر این، منسوجات تراوا در مواجه با خوردگی مقاوم هستند و بعضی از انواع آنها در برابر حملات باکتریها و اسیدها پایدارند و غیر سمی نیز میباشند.
1-2- ضرورت انجام تحقیق
وجود حفرات زیر زمینی که تعداد آنها به سرعت در حال افزایش است ، باعث بروز مشکلات زیادی شده است.حفرات زیرزمینی چه به شکل طبیعی(غارها) یا مصنوعی(قناتها) به ویژه در مناطق شهری ممکن است در مجاورت یا زیر سازه ها قرار بگیرد. زمانی که این حفرات درعمقی قرار بگیرند که در محدوده حباب تنش در زیر پی سازهها باشند، در این صورت احتمال نشست یا فرو نشست خاک زیر پی بسیار زیاد میباشد. جهت مرتفع نمودن این مشکل، راهکارهای مختلف بهسازی خاک به کار گرفته میشود. با معرفی مصالح نوین ژئوسینتتیکها به مهندسی عمران، کاربرد این محصولات جهت رفع مشکل فوقالذکر مورد توجه قرار گرفته شده است.
در تحقیق حاضر با بکارگیری ژئوسینتتیکها به عنوان مسلح کننده و در نظر گرفتن سختی محوری، طول، تعداد لایه و فواصل مسلح کننده، محل قرارگیری حفرات به ارزیابی ظرفیت باربری پی گسترده واقع بر خاک دانهای پرداخته شده است.
1-3- اهداف تحقیق
با توجه به اینکه فرآوردههای پلیمری به سرعت در حال گسترش میباشد و همچنین این گونه فرآوردهها نظیرژئوسینتتیکها و انواع آنها مانند ژئوگریدها سازگاری مناسبی با خاک دارند. همچنین از نظر اقتصادی بسیار با صرفه میباشند. لذا این تحقیق بر آنست تا چگونگی به کارگیری مسلح کننده از نوع ژئوسینتتیک،جهت افزایش ظرفیت باربری خاکهای دانه ای حفره دار زیر پی گسترده را مورد تحقیق و ارزیابی قرار دهد.
1-4- سوالات و فرضیات تحقیق
در این پژوهش جهت بررسی پایداری خاک مسلح بر حفرات زیرزمینی از نرم افزار plaxis استفاده شده است. این نرمافزار قادر به انجام تحلیل در فضای دو بعدی و سه بعدی به روش عددی اجزاء محدود می باشد.
با توجه به شرایط مسئله، جهت انجام تحلیلهای مورد نیاز بر روی مدلهای ساخته شده، حالت کرنش صفحهای در نظر گرفته شده است. به منظور مطالعه تاثیر متقابل خاک با مسلح کننده و هندسه ترکیبی آنها، در پایداری پوشش خاکی مسلح روی حفره، پارامترهای گوناگونی که مشخص کننده ویژگی هرکدام از عوامل بالا میباشد مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در بررسی تاثیر هر پارامتر، سایر پارامترها ثابت نگه داشته خواهد شد. پارامترهای متغیر شامل سختی محوری، طول ژئوسینتتیک، تعداد لایه مسلح کننده و همچنین فاصله لایه اول از زیر پی خواهد بود. پارامترهای ثابت شامل نوع پی، تعداد حفرات، نوع خاک، شرایط خاک و بارگذاری استاتیکی میباشد. لازم به ذکر است که فاصله بین ژئوسینتتیکها ثابت در نظر گرفته شده است.
1-5-مدل تحقیق
در این تحقیق مدل ابعاد در نظر گرفته شده به طول 70متر و ارتفاع 40 متر میباشد. حفره در نظر گرفته شده به شعاع 5/1 متر بوده، عرض پی گسترده 10 متر و عمق آن 1 متر میباشد.
با توجه به شرایط مسئله، جهت انجام تحلیلهای مورد نیاز بر روی الگوهای ساخته شده حالت کرنش صفحهای در نظر گرفته و برای تشکیل شبکه اجزای محدود و انجام محاسبات، از اجزای مثلثی 15گرهی برای لایه خاک و 5 گرهی برای المان ژئوگرید استفاده گردیده است. دو نوع پوشش خاکی از نوع دانهای با الگوی رفتاری مور-کولمب بر روی حفره در نظر گرفته شده است.‍
پارامترها با علائم اختصاری به کار گرفته در تحقیق حاضر که به نظر میرسد به عنوان عمده پارامترهای تاثیر گذار بر ظرفیت باربری خاک مسلح باشد به قرار ذیل است:
* فاصله قائم زیر پی تا اولین لایه مسلح کننده (u)
* تعداد لایه‌های مسلح کننده (N)
* ضخامت کل خاک مسلح شده (d)
* فاصله قائم بین لایه‌ها (h)
* طول مسلح کننده (Lr)
* عرض پی B
* عمق پی (Df)
* مشخصات خاک از جمله وزن مخصوص خاک، چسبندگی خاک (c) و زاویه اصطکاک داخلی خاک
* مشخصات مسلح کننده
1-7-روش تحقیق
در این تحقیق با استفاده از روش عددی اجزاء محدود با توجه به متغیرهای در نظر گرفته شده مدلهای گوناگون ابتدا ساخته سپس موردتحلیل قرار گرفت.
1-8- ساختار پایان نامه
ساختار تحقیق به گونهای است که در فصل اول کلیات مربوط به تحقیق بیان شده است و در فصل دوم درباره ظرفیت باربری و کلیاتی در باره ژئوسینتتیکها بحث شده است. در فصل سوم پیشینه تحقیق مورد بررسی قرار گرفته و در فصل چهارم نیز به معرفی اجمالی نرم افزار plaxis و
صحتسنجی پرداخته شده است.
در فصل پنجم مشخصات مصالح و نحوه مدلسازی بیان شده و در فصل ششم تحلیل مدلها و بررسی نتایج حاصل از مدلها مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در نهایت در فصل هفتم جمع بندی، نتیجهگیری و برای علاقمندان به ادامه تحقیق این موضوع پیشنهادهایی ارائه گردیده است.
فصـل دوم
ظرفیت باربری پی ها و کاربردهای ژئوسینتتیکها
2-1 مقدمه
باربری نهایی پیها از دیرباز مدنظر بوده ودراین بین عوامل و پارامترهای بسیاری ازجمله پارامترهای مقاومت برشی خاک، شکل و ابعاد پی، عمق پی، شیب سطح زمین، شیب خود پی، مایل بودن و یا خروج ازمرکزیت بار، سطح آب زیرزمینی، لایه لایه بودن خاک و میزان تراکم خاک بر مقدار آن موثر میباشد. در این بین عوامل دیگری نیز وجود دارند که علی رغم موارد کم برخورد با آنها، در موقع حضور تاثیر بسیاری برظرفیت باربری نهایی پی میگذارند. از جمله این موارد میتوان به وجود حفرات زیرزمینی در خاک اشاره کرد که در صورت مجاورت با پی، یکی از عوامل تعیین کننده در ظرفیت باربری نهایی پی خواهند بود. امروزه ساخت بناهای زیرزمینی به شکل گستردهای توسعه یافته است، بطوریکه با توجه به نیازهای روزافزون بشر و با پیشرفت دانش وتکنولوژی، دامنه فعالیت انسان به زیرخاک و حتی در زیر سازههای موجود در مناطق شهری رسیده است. در این خصوص نمونههای متعددی از سازههای واقع بر روی حفرهها و تونلها وجود دارد. این حفرهها میتوانند نتیجه فعالیتهایی از قبیل اکتشاف معدن و یا حفر تونل باشند. وجود حفره در خاک باعث کاهش ظرفیت باربری پیهای سطحی نزدیک به حفره میشود که میزان این کاهش، تابع عوامل متعددی از جمله نوع خاک، تراکم، عمق مدفون حفره، خروج ازمرکزیت حفره نسبت به پی، هندسه حفره وعمق پی میباشد. بدیهی است که با وجود تفاوتهای عمدهای که در وضعیت تنشها در خاکریز پی برای حالت بدون حفره و حالت باحفره وجود دارد، به هیچ وجه نمی توان رفتار مشابهی را برای این دو حالت متصور شد. درواقع مکانیزم گسیختگی خاک در زیر پی برای این دو حالت با یکدیگر تفاوت
عمده ای دارد.
2-2- مبانی ظرفیت باربری
ظرفیت باربری نهایی(qf) معادل حداکثر فشاری است که خاک زیر پی قادر به تحمل آن میباشد به عبارت دیگر ظرفیت باربری نهایی حداکثر فشاری است که پی میتواند به خاک منتقل نماید قبل از آنکه خاک در آستانه گسیختگی برشی قرار گیرد. ظرفیت باربری خالص پی (qnf) حداکثر فشار خالصی است که پی میتواند به زمین منتقل نماید بدون آنکه در خاک گسیختگی بوجود آید .
( 2 -1) ]2[
با تقسیم نمودن ظرفیت باربری خالص پی می توان به ظرفیت باربری ایمن(qm) دست یافت که بر این اساس ابعاد پی تعیین می شود .
( 2 -2) ]2[
با اعمال ملاحظات مربوط به نشست و تغییر مکان قائم پی می توان فشار مجاز پی ( qa ) را به دست آورد
برای تعیین ظرفیت باربری نهایی پی به طرق مختلف می توان عمل نمود :
ـ تحلیل استاتیکی که بر مبنای روش های استاتیکی و با استفاده از پارامترهای مقاومت برشی خاک (?C,) حاصل از روشهای ذیل استوار است .
الف- استفاده از نتایج حاصل از آزمایشهای آزمایشگاهی
ب- استفاده از نتایج حاصل از آزمایشهای صحرائی مثل VST , PMT , CPT , SPT
ج- استفاده از مقادیر توصیه شده در آئین نامه ها
بررسی مکانیزم های وقوع شکست برشی در خاک که در خاکهای سست ، متوسط و متراکم از نوع شکست برشی می باشد نظریه های مختلفی برای تعیین ظرفیت باربری پی ارائه شده است .
(شکل2-1):چگونگی وقوع