خاک مسلح تسمه ای و خاک مسلح ژئوگریدی
چهار نوع اصلی دیوارهای حائل عبارتند از : دیوارهای وزنی ؛ دیوارهای طره ای ؛ دیوارهای مهار شده و دیوارهای خاک مسلح
پایداری دیوارهای وزنی در برابر واژگونی به واسطه وزنشان میباشد
پایداری دیوارهای طره ای بتن آرمه به واسطه وزن خاکریز بر دال پاشنه دیوار و مقاومت داخلی آنها به واسطه بتن و آرماتور تامین میگردد
مقاومت دیوارهای مهار شده در برابر نیروهای جانبی به واسطه مهاری ها و انکر هایی است که یک یا چند نقطه دیوار را به خاک پشت آن دوخته و مهار می کنند .
خاک مسلح عبارتند از مهار و یکپارچه کردن اجزای دیوار به خاک پشت آن به وسیله تسمه های فولادی و یا شبکه های پلیمری شامل ژئوگرید و ژئوتکستایل میباشد در این حالت دیوار تبدیل به پوسته و غشای نازکی میگردد و تسمه های فولادی و یا شبکه های ژئوگریدی ؛ خاک را تبدیل به یک توده خود ایستا میکنند . خاک مسلح یک توده متشکل از خاک و المانهای مسلح کننده میباشد که نیروهای کششی را بجای خاک تحمل میکنند و در واقع موجب افزایش مقاومت برشی توده خاک میگردند این المانها به شکل تسمه و یا میله و یا شبکه و یا الیاف میباشند که نقش آنها تامین مقاومت کششی لازم برای خاک میباشد.
مکانیسم اصلی انتقال تنش بین المان مسلح کننده و خاک بر پایه دو مفهوم زیر میباشد :
- اصطکاک بین سطح تماس المان مسلح کننده و خاک
- مقاومت مقاوم یا پاسیو خاک اطراف عنصر مسلح کننده در امتداد عمود بر امتداد حرکت و جابجایی
انتقال تنش در تسمه ها ؛ ورق ها و میلگرد های مسلح کننده از طریق اصطکاک و در ژئوگریدها انتقال تنش هم از طریق اصطکاک و هم از طریق فشار مقاوم خاک انجام میگردد .
پایداری سیستم های خاک مسلح به نحوه انتقال تنش بین خاک و المانهای مسلح کننده وابسته است انتقال تنش بین تسمه و خاک به واسطه اصطکاک و یا مقاومت حاصل از فشار مقاوم خاک در اثر اکتیو شدن تسمه ها میباشد بدین مفهوم که وزن خاک بر روی تسمه ها به عنوان نیروی عمودی اصطکاک و ضریب اصطکاک مابین المان مسلح کننده و خاک موجب ایجاد نیروی اصطکاک در خلاف جهت حرکت و جابجایی تسمه ایجاد میگردد. علاوه بر این نیرو ؛ حرکت جزیی تسمه به سمت بیرون موجب ایجاد مقاومت پاسیو در خاک گشته و این فشار مانع از حرکت بیشتر تسمه به سمت بیرون می شود در برخی حالات ممکن است هر دو مکانیسم ذکر شده در انتقال تنش بین خاک و المانهای مسلح کننده اتفاق بیفتد ولیکن تعیین سهم نسبی هر یک امکانپذیر نیست .
استفاده از خاک مسلح ژئوگریدی در ساخت مسیر ویژه متوقف کننده کامیون و خودرو در جاده ها
ARRESTER BED GEOGRID WALL (ABG WALL)
وقتی ماشین آلات سنگین مانند کامیونها و تریلرها در مسیر جاده ای پر شیب و سرازیری حرکت میکنند احتمال از دست دادن توانایی ترمزگیری و توقف در آنها زیاد میباشد و با توجه به مسیر شیبدار جاده ای ممکن است موجب صدمات جانی و مالی در تصادف با سایر خودروها گردد لذا لازم است تا مستحدثات و امکاناتی در طول جاده ها طراحی و اجرا گردد که بتواند کامیونها و خودروهاییکه به واسطه از دست دادن توان ترمزگیری از مسیر خود خارج شده اند را متوقف نماید. چنین مستحدثات و امکاناتی به عنوان مسیر و یا رمپ ویژه توقف ARRESTER BED و یا ESCAPE RAMP نامیده می شود.
مسیر ویژه متوقف کننده کامیون ها و خودرو ها در جاده های کوهستانی و شیب دار به عنوان یک مسیر امن ویژه جهت مهار و متوقف کردن کامیون هایی استفاده می شود که در اثر شیب جاده و استفاده مکرر از ترمز ها دچار نقص فنی در سیستم ترمزگیری شده اند و این مسیر یک رمپ با شیب معکوس با جاده اصلی به عنوان یک خاکریز فرار از حادثه و واژگونی برای کامیونها محسوب میگردد که در متون فنی از آن به عنوان ARRESTER BED و یا ESCAPE RAMP یاد میگردد.
آسیب وارد شده به کامیونها و خودروها در ورود به مسیر ویژه توقف بسیار بسیار کمتر از وقوع تصادف میباشد در این حالت با ورود کامیون به مسیر رمپ سرعت آن به طور ایمن و کامل همزمان با کشیده شدن چرخها و فرورفتن آنها در مصالح مخصوص دانه ای بستر رمپ ؛ کاسته میشود و خودرو متوقف میگردد.
در یک جاده و پروژه به منظور ساخت مسیر ویژه توقف کامیون- ABG WALL - لازم است تا تحلیل ها و آنالیز خطر برای محل ساخت آن به درستی انجام گردد تا حداقل خطر برای سایر وسائط موتوری به وجود آید . ساخت بدنه اصلی رمپ ها به کمک خاکریزی و ساخت دیوارهای ژئوگریدی انجام میگردد و لیکن اجرای نوع خاکریز در لایه های فوقانی بر اساس استاندارد خاص ساخت اینگونه رمپها جهت متوقف کردن کامیونها یاید انجام گردد.
سه نوع مختلف از این رمپ ها و مسیر های ويژه توقف وجود دارند که عبارتند از:
- رمپ ثقلی GRAVITY RAMP
- شمع های ماسه ای SAND PILES
- بستر شنی GRAVEL BEDS
از میان این سه مدل نوع بستر شنی GRAVEL BEDS نشان داده است که ایمن تر و اقتصادی تر میباشد.
استفاده از خاک مسلح ژئوگریدی در ساخت مسیر ویژه متوقف کننده کامیون و خودرو در جاده ها
ARRESTER BED GEOGRID WALL (ABG WALL)
مشخصات اصلی اجزای تشكيل دهنده خاک مسلح MSE Wall عبارتند از :
الف- خاكريز:
برای افزايش كارايی خاک مسلح بايد توجه خاصی به ويژگیهای خاكريز داشت. ويژگیهای مهم در اين مورد به شرح زیر است:
1- پايداری خاكريز در درازمدت و كوتاه مدت
2- خواص مكانيكی خاك (چسبندگی و اصطكاك داخلی)
3- خواص شيميايی (مسائل دوام و پايداری، خوردگی عناصر مسلح كننده)
در مورد خاکهای دانهای و خاکهای چسبنده بايد به موارد زير به هنگام انتخاب خاكريز برای خاک مسلح توجه داشت. انتخاب خاکهای دانهای متراكم شده كه به هنگام اعمال نيروی برشی دچار افزايش حجم میشوند، مناسبتر هستند. در خاکهای دانهای خوب زهكشی شده، تنش مؤثر عمودی پس از اجرای هر لايه خاكريز سريعاً بين خاكريز و المانهای مسلح كننده منتقل میشود و كاهش مقاومت برشی با بارگذاری قائم بدون تأخير فاز صورت میگيرد. در محدوده بارهای معمول خاک مسلح اين خاكها رفتاری الاستيک از خود نشان میدهند، در نتيجه پديده تغيير شكل پسماند (پس از اجرا) در آن رخ نمیدهد. از سوی ديگر در خاکهای ريزدانه كه معمولاً خوب زهكشی نمیشوند، تنش مؤثر سريعاً منتقل نمیشود و در نتيجه ضريب ايمنی زمان اجرا بسيار كاهش میيابد. علاوه بر آن به دليل وجود رفتار الاستو پلاستيك يا پلاستيك در اين خاکها احتمال رخداد تغييرشكل پسماند (پس از اجرا) وجود دارد. از سويی در اين خاکها المانهای مسلح كننده با تنش بالا، مستعد پديده خزش هستند و خوردگی در آنها بيشتر ديده میشود. بر اساس اين موارد استفاده از خاکهای ريزدانه برای خاكريزی دیوار خاک مسلح مناسب نیستند.
ب- المانهای مسلح كننده
عناصر و المانهای مسلح کننده خاک مسلح برای انتقال نيرو از ناحيه محرک به ناحيه مقاوم هستند. اين عناصر بايد پيوستگی و اصطكاک مناسبی با مصالح خاكريز داشته، دوام و پايايی آنها مناسب، و دارای شكل پذيری زياد در هنگام گسيختگی باشند. ميزان وادادگی آنها تحت تنشهای كششی بايد كم باشد. بر اين اساس موادی كه با موفقيت در مسلح سازی انواع سازههای مهندسی به كار رفتهاند عبارتند از فولاد گالوانيزه، آلياژ آلومينيوم منيزيم، فولاد ضد زنگ، و مواد پليمری.
عناصر مسلح كننده غيرفلزی معمولاً از پليمرها ساخته میشوند، البته استفاده از ژئوسينتتيكها (نظير ژئوتكستايل، ژئوگريد و ژئوكامپوزيت) هم معمول است. اين المانها معمولاً دچار خوردگی نمیشوند. اما توسط عوامل ديگر مورد حمله قرار میگيرند و پديده خزش معمولاً در مورد اين مواد از اهميت بسياری برخوردار است.
ج- المانهای پوسته
عناصر و المانهای پوسته در واقع پوششی برای خاک مسلح هستند و عملكرد اصلی آنها جلوگيری از ريزش خاک بين المانهای مسلح كننده است. اين اجزا برای جلوگيری از فرسايش سطحی و ايجاد يک نمای مناسب استفاده میشوند. خاک مسلح به دليل انعطاف پذيری بالای آن در بسياری موارد بر روی خاکهای نرم كه نشست بسياری در آنها رخ میدهد اجرا میشوند. بر اين اساس المان پوسته هم بايد انعطاف پذيری لازم را داشته باشد. بيشترين نوع المانهای پوسته كه معمولاً مورد استفاده قرار میگيرند، شامل موارد زیر است:
قطعات فلزی يا فولادی: شكل اين المانها به صورت مقطعی از نيم بيضی است كه بسيار انعطاف پذير و مقاوم هستند، برای نصب اين المانها آنها را به يكديگر پيچ كرده و المانهای مسلح كننده را در فاصله بين آنها قرار میدهند. استفاده از اين نوع المان پوسته برای مناطقی كه مشكل حمل و نقل و دسترسی وجود داشته باشد به دليل سبكي بالايشان بسيار مناسب است.
قطعات بتنی: شكل اين المانها معمولاً به صورت چليپايی است و با استفاده از بتن به صورت پيش ساخته تهيه میشوند. اتصالات آنها به گونهای تعبيه شده كه امكان تحمل تغيير شكل قابل ملاحظهای را بدون ترك خوردگی در بتن داشته باشند و خاک از آن محل خارج نشود. قطعات بتنی امكان اجرای انواع پوششهای نما را فراهم میآورند. مطابق با آیین نامه در مناطق با لرزه خیزی بالا برای ساخت دیوار های خاک مسلح میبایست از نمای بلوکهای مدولار segmental توپر به همراه اتصال مکانیکی ( کام و زبانه) استفاده کرد. در نشریه ۱۰۱ از کلمه تخصصی کلید برشی برای این منظور استفاده شده است. مسلح کننده های ژئوگریدی با قرار گرفتن مابین کام و زبانه بلوک ( کلید برشی) به صورت اتصال مکانیکی با بلوکهای بالا و پایین خود درگیر شده و هنگام اعمال نیروی استاتیکی و به خصوص نیروی لرزه ای مقاومت و پایداری خوبی از خود نشان میدهند. لذا در مناظق با لرزه خیزی بالا استفاده از بلوک های توپر بتنی به همراه کلید برشی مطابق با نشریه 101 الزامی و اجباری میباشدو از طرفی به علت توپر بودن بلوکهای مدولار بتنی نیازی به ریختن مصالح دانه ای در وسط بلوک نبوده و این امر موجب جلوگیری از یخ بستن و فرسایش بلوک میگردد. در طراحی دیوار خاک مسلح ژئوگریدی سگمنتال از بلوک های بتنی مدولار توپر با مقاومت فشاری حداقل 210 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و با ابعاد طول 35 سانتیمتر و ارتفاع ۲۰ سانتیمتر و عمق (عرض) 30 سانتیمتر با کلید برشی ( کام و زبانه ) مطابق با آیین نامه AASHTO LRDF Bridge Design Specification انتخاب و استفاده میگردد.
در فصل ۲۲ نشریه 101 جهت تعیین شرایط نمای دیوار خاک مسلح ژئوگریدی در بند 22-9-1-3 توضیحات کاملی ارائه شده است که به شرح زیر میباشد. در این نشریه صراحتا به استفاده از نمای ژئوبلوکهای بتنی در دیوار خاک مسلح ژئوگریدی اشاره و تاکید شده است.
{ نمای بتنی مدولار : قطعات بتنی مدولار عموماً دارای ارتفاعی برابر 10 الی 40 سانتیمتر، عرضی
برابر 20 الی 45 سانتیمتر و عمقی برابر 20 الی 60 سانتیمتر میباشند. مقاومت فشاری 28 روزه
قطعات بتنی باید حداقل 210 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع یا برابر مقاومت قید شده در مشخصات فنی
خصوصی باشد. با توجه به حساسیت قطعات مدولار به چرخه یخبندان- ذوب در مناطق سردسیر،
باید تدابیر لازم از قبیل افزایش مقاومت فشاری، محدود کردن میزان جذب آب و آزمایشات لازم
جهت ارزیابی دوام قطعات در برابر چرخه یخبندان- ذوب در دفترچه مشخصات فنی خصوصی
پروژه، اندیشیده شده و قید گردد. مشخصات کلید برشی برای قفل و بست هر قطعه با قطعه زیرین
باید به گونه ای باشد که حداقل ظرفیت برشی مطابق با مشخصات فرض شده در طراحی را ارائه دهد.
اتصال قطعه بتنی و ژئوسنتتیک نیز باید به گونه ای باشد که حداقل مقاومت کششی برابر با مشخصات
فرض شده در طراحی را ارائه دهد. رواداری مجاز در ابعاد قطعه برای طول و عرض، برابر 4 میلیمتر
1 میلیمتر میباشد. در صورت لزوم باید طراحی قطعات به گونه ای باشد که بتوان قوسهای محدب و مقعر افقی را در نمای دیوار، ایجاد کرد استفاده از قطعات متفرقه بتنی از قبیل بلوکهای سیمانی فاقد مشخصات در نمای دیوار خاک مسلح، به هیچ وجه مجاز نمیباشد.}
با توجه به موارد فوق این شرکت برای اولین بار در کشور اقدام به تولید ژئوبلوکهای بتنی نمای خاک مسلح ژئوگریدی نموده است. این بلوکها با قالب های مدولار پازلی و با بتن با عیار سیمان حداقل 400 کیلوگرم بر متر مکعب تولید و پس از ۷ روز کیورینگ قابل نصب و استفاده در دیوار خاک مسلح ژئوگریدی میباشند. مشخصات هندسی این ژئوبلوکها به نحوی طراحی شده اند که یک کلید برشی با مقاومت بسیار بالا برای برش بلوکها بر روی هم فراهم گردد . اتصال بلوکها هم به کمک کلید برشی و هم اصطکاک تماسی بلوکها بر روی هم تامین میگردد. با توجه به اینکه این بلوکها از بتن تولید شده اند و دارای شن نیز میباشند دارای مقاومت مشخصه بسیار بالایی ( حداقل 300 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ) میباشند و از این بابت در مقایسه با بلوکهای ماسه سیمانی فشاری که در گذشته در نمای خاک مسلح ژئوگریدی استفاده می شد بسیار مقاوم تر و با دوام تر میباشند. زاویه نمای اجرایی بلوکهای تولیدی این شرکت نسبت به افق برابر با ۸۵ درجه میباشد که حداکثر حالت نزدیک به قائم را برای دیوار فراهم می آورد و این خود نیز یکی دیگر از مزیت های ژئوبلوک تولیدی این شرکت میباشد.
ژئوبلوک بتنی خاک مسلح ژئوگریدی شرکت آروین ترانشه ایستا
در اجرای خاک مسلح ژئوگریدی برای لایه اول و بستر کار میبایست ژئوبلوکهای بتنی بر روی سطح کاملا تراز که با بتن مگر به عرض حداقل ۲ برابر عرض بلوک اجرا شده است؛ قرار گیرد. نحوه قرارگیری ژئوبلوکها بر روی یکدیگر بدین صورت است که زبانه ( برآمدگی کلید برشی ) رو به پایین و کام(شیار) رو به بالا باید قرار گیرد تا حداکثر اتصال کلید برشی در محل کام و زبانه و همچنین مهار ژئوگریدها در داخل شیار کام بدرستی انجام پذیرد. روش اجرا و چیدمان ژئوبلوک ها بر روی هم به صورت خشکه چینی میباشد و برای رگلاژ ژئوبلوکها از ماسه نرم استفاده گردد.
با اجرای هر ردیف از ژئوبلوکهای تولیدی این شرکت؛ مقدار عقب نشینی بلوک بالایی نسبت به پایینی برابر با 1/8سانتیمتر تا حداکثر ۲ سانتیمتر در هر بلوک و لایه خواهد بود که در نتیجه زاویه اجرایی ۸۴ تا 85 درجه نسبت به افق که بیشترین نزدیکی را نسبت به حالت قائم دارا میباشد برای نمای کلی دیوار بدست می آید. ( به ازای هر یک متر ارتفاع مقدار حداکثر10 سانتیمتر عقب نشینی در اجرای بلوکها اتفاق می افتد که در این حالت tan^(-1)〖(0.1)=5.7° 〗 که در نتیجه حداقل زاویه شیب نمای دیوار نسبت به افق برابربا 84.3° خواهد بود.
