همه چیز در مورد نیلینگ (2)

10 / 10
از 3 کاربر

نیلینگ (2)

یاسر عبداللهی

 

در بخش اول از سلسله مطالب با عنوان "همه چیز در مورد نیلینگ" [نیلینگ (1)] روش های مختلف نیلینگ، المان های اصلی یک سیستم نیلینگ، و مزایا و محدودیت های سیستم های نیلینگ بیان گردید. در مطلب پیش رو، مکانیزم عملکرد و اندرکنش سیستم نیلینگ و خاک تشریح می گردد. 

 

مکانیزم عملکرد یک سیستم نیلینگ خاک

اساساً تکنیک نیلینگ خاک پایداری شیب­ها، دیوارهای حائل و گودها را از طریق انتقال تنش به میله­ های نیلینگ (نیل­ها) تأمین می­ کند. نیروهای کششی ابتدا از طریق اندرکنش سایشی بین میله­ های نیلینگ و زمین ایجاد می­ شوند و عکس­ العمل­ ها به وسیله رأس نیلینگ و بتن سطح تأمین می­ شوند (شکل 2). نیروهای کششی در میله­ های نیلینگ، خاک را به وسیله تحمل مستقیم بارهای برشی اعمال شده و با افزایش تنش­ های نرمال در خاک در سطح بالقوه گسیختگی، تقویت می­ کند و از اینرو امکان تحقق مقاومت برشی بالاتر را فراهم می ­آورد. رأس­ های نیلینگ و بتن سطح نیز یک اثر بازدارنده به وسیله محدود کردن تغییر شکل خاک نزدیک به سطح شیب ایجاد می نمایند. در نتیجه میانگین تنش مؤثر و مقاومت برشی خاک پشت رأس­ های نیلینگ افزایش خواهد یافت. همچنین این رأس­ ها در جلوگیری از گسیختگی موضعی نزدیک سطح شیب و ارتقای عملکرد توده خاک تقویت شده از طریق بازتوزیع نیروها در میان میله ­های نیلینگ مؤثر هستند.

پایداری داخلی سیستم نیلینگ خاک معمولا با استفاده از مدل دو ناحیه­ ای (ناحیه فعال و ناحیه غیرفعال یا مقاوم) برآورد می­ گردد که به وسیله سطح بالقوه گسیختگی جدا می­ شود (شکل 2). ناحیه فعال محدوده­ ای در جلوی سطح بالقوه گسیختگی قرار دارد که تمایل به جدا شدن از سیستم نیلینگ دارد. ناحیه غیرفعال یا مقاوم محدوده ­ای در پشت سطح بالقوه گسیختگی است که بعد از گسیختگی کم و بیش سالم باقی می­ ماند. عملکرد نیلینگ باید به گونه­ ای باشد که ناحیه فعال و ناحیه غیرفعال را به هم بدوزد. 

طراحان باید توجه داشته باشند که پیکربندی این دو ناحیه جهت ایجاد یک مدل ساده شده برای محدود نمودن معادلات تحلیل می باشد که در آن تغییرشکل سیستم نیلینگ در نظر گرفته نمی ­شود. در حالت واقعی، در یک شیب خاک عموما یک ناحیه برشی در معرض نیروهای برشی نیز وجود دارد. اندرکنش میله نیلینگ و خاک پیچیده است و میله­ های نیلینگ تحت تأثیر عوامل زیادی هستند. این عوامل شامل خواص مکانیکی میله­ های نیلینگ (مانند مقاومت کششی، مقاومت برشی و ظرفیت خمشی)، موقعیت و نحوه قرار گیری میله­ های نیلینگ، مقاومت برشی خاک، سختی نسبی میله­ های نیلینگ و خاک، اصطکاک بین میله­ های نیلینگ و خاک، ابعاد رأس نیلینگ و ماهیت سطح بتن می­ باشد. 

 نیلینگ 2 شکل 2

شکل 2. مدل دو ناحیه ای (دو زونی) یک سیستم نیلینگ خاک

 

اندرکنش نیلینگ و خاک

دو مکانیزم اساسی اندرکنش میله­ های نیلینگ و خاک وجود دارد که عبارتند از (1) اصطکاک بین میله ­های نیلینگ و خاک که منجر به ایجاد نیروهای کشش و فشار محوری در میله­ های نیلینگ می شود، (2) تنش تکیه­ گاهی خاک بر روی میله­ های نیلینگ و اصطکاک بین خاک و نیلینگ در اطراف میله­ های نیلینگ که منجر به ایجاد برش و خمش در میله­ های نیلینگ می­ گردد. در توده های خاک همگن و ایزوتروپیک، انتقال تنش­های برشی و ممان­ های خمشی میله­ های نیلینگ تحت شرایط اعمال بار، کم است.

به طور کلی تأثیر میله­ های نیلینگ در انتقال نیروی کششی با افزایش شیب نیلینگ، یا به عبارتی افزایش as (شکل 3) کاهش می­ یابد. برای اکثر خاک­ ها، چنانچه میله­ های نیلینگ شیب افقی داشته باشند، حداقل تغییرشکل لازم جهت انتقال مقاومت خمشی و برشی میله نیلینگ بیشتر از آن چیزی است که برای انتقال مقاومت کششی مورد نیاز است و از اینرو کارکرد اولیه میله­ های نیلینگ در کشش است. اگر میله­ های نیلینگ دارای شیب تند باشند، اثرگذاری آنها به طور عمده ­ای کاهش خواهد یافت به طوری که یک قسمت یا همه نیلینگ تحت اثر فشار قرار می­ گیرد. بنابراین در صورت استفاده از نیلینگ با شیب زیاد می­ بایست دقت و احتیاط لازم منظور گردد. شکل 4 تأثیر راستای تقویت بر روی مقاومت برشی خاک تقویت شده را نشان می­ دهد.

شکل 3

 

شکل 3. تأثیر شیب میله­ های نیلینگ بر انتقال نیرو در نیلینگ

 

شکل 4

 

شکل 4. تأثیر راستای میله ­های تقویت بر افزایش مقاومت برشی خاک تقویت شده 

 

 

کرنش­ های فشاری و برشی در پاسخ به تغییر شکل خاک در ناحیه فعال (شکل 2) در زیر رأس نیلینگ اتفاق می­ افتند. اگر کرنش به وجود آمده نزدیک به جهتی عمود بر پایه رأس نیلینگ باشد، اندرکنش خاک-رأس نیلینگ به شکل مکانیزم تکیه­ گاهی عمل خواهد کرد. با اینحال چنانچه کرنش به وجود آمده در جهتی غیر از جهت عمود بوده و انحراف عمده­ ای نسبت به آن داشته باشد، اندرکنش خاک-رأس نیلینگ ترکیبی از مکانیزم­ های تکیه­ گاهی و لغزشی خواهد بود. در این حالت تأثیر رأس نیلینگ در انتقال نیروی کششی موجود در میله نیلینگ کاهش خواهد یافت.

 

میله­ های نیلینگ و رأس یا سطح نیلینگ عملکردی توأمان جهت پیوند دادن ناحیه فعال به ناحیه غیرفعال دارند. اندرکنش بین رأس های نیلینگ و خاک، بخصوص در مکانیزم تکیه­ گاهی، بارهای کششی را در رأس نیلینگ افزایش می­ دهد. نیروی کششی در میله های نیلینگ با افزایش ابعاد رأس نیلینگ یا پوشش بتنی سطح آن افزایش می­ یابد.

 

ناحیه غیرفعال در پشت سطح بالقوه گسیختگی احاطه کننده قسمت انتهایی میله­ های نیلینگ می­ باشد که دارای طول پیوند کافی جهت جلوگیری از بیرون راندن نیلینگ می­ باشد. هنگامی که در ناحیه فعال تغییرشکل خاک وجود دارد، نیروهای بیرون راننده در ناحیه غیرفعال بر میله­ های نیلینگ وارد می­ شوند (شکل 2). به واسطه انتقال تنش های پیوند بین خاک و پوسته تشکیل شده از گروت سیمانی، و بین گروت سیمانی و میله نیلینگ، نیروی بیرون راننده بین میله نیلینگ و خاک منتقل می­ شود. نیرویی که در میله نیلینگ ایجاد می­ گردد به وسیله تنش­ های پیوند که می­ تواند بین خاک و گروت سیمانی و بین گروت سیمانی و میله نیلینگ انتقال یابد، محدود می­ شود. 

 

از لحاظ تئوریک مقاومت اتصال بین پوسته تشکیل شده از گروت سیمانی و خاک بستگی به تنش تماس و ضریب اصطکاک وجه مشترک بین گروت سیمانی و خاک دارد. فرایند مته زنی (دریلینگ) به طور عمده­ ای تنش­ های شعاعی پیرامون حفره را کاهش می­ دهد. در حالت واقعی سطح حفره دریل شده نسبتا نامنظم و خشن است. فارغ از بحث اصطکاک، اتصال مکانیکی بین گروت سیمانی و خاک سهم قابل توجهی را در مقاومت پیوند دارا می­ باشد.

توزیع تنش پیوند بین پوسته تشکیل شده از گروت سیمانی و خاک در طول میله نیلینگ یکنواخت نیست. شکل 5 یک توزیع شماتیک از مکان هندسی نیروهای کششی ماکزیمم و سطح بالقوه گسیختگی یک شیب را ارائه می دهد. نقطه کشش ماکزیمم در میله نیلینگ نزدیک به سطح بالقوه گسیختگی است، اما لزوما در نقطه ماکزیمم کرنش برشی خاک قرار ندارد. 

شکل 5

شکل 5. توزیع شماتیک نیروهای کششی در راستای میله­ های نیلینگ

 

طراحان می­ بایست اندرکنش بین میله­ های نیلینگ و خاک را در طراحی سیستم نیلینگ مد نظر قرار دهند. از آنجا که اندرکنش نیلینگ-خاک تحت تأثیر خواص مکانیکی میله نیلینگ شامل سختی، شکل پذیری و مقاومت است، تجربه بدست آمده از بکارگیری میله­ های نیلینگ فولادی قابل تعمیم جهت استفاده از انواع دیگر مصالح تقویتی برای خاک نمی­ باشد. 

 

 مطالب مرتبط: نیلینگ (1)

استفاده از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است.  

ارسال نظر

عنوان نظر :
نام شما :
ایمیل :
نمایش همه
علاقه مندی ها ()