شمعهای مایل منفرد
شمعها معمولاً به صورت گروهی استفاده میشوند ولی در بعضی موارد با توجه به نوع خاک، فاصله شمعها از یکدیگر، صلبیت و ضخامت سرشمع، عملکرد آنها به صورت شمع منفرد است. شمعها بر اساس زاویه نصبشان به دو دسته شمعهای قائم و مایل تقسیم میشوند. شمع مایل یکی از موضوعات مورد بحث در حیطه مهندسی پی سازی است که نظرات متفاوتی در مورد آن وجود دارد. دانشمندان تحقیقات اندکی بر روی رفتارشمعهای مایل انجام دادهاند و نتایج ارائه شده در پارای موارد با هم در متناقض هستند. استفاده از شمعهای مایل یکی از روشهای کاهش تغییر مکان جانبی گروههای شمع تحت اثر بارهای جانبی است. تحت اثر بارهای قائم و جانبی، رفتار شمعهای مایل و شمعهای قائم متفاوت است. لذا تعمیم رفتار شمعهای قائم به شمعهای مایل و نیز تئوری یکسان بودن مکانیزم گسیختگی خاک اطراف این دو نوع شمع مبنای علمی ندارد و فقط به دلیل ناشناخته بودن رفتار شمعهای مایل این تعمیم صورت میپذیرد. در نتیجه مقایسه شمعهای مایل و قائم تحت اثر بارهای محوری و جانبی از موضوعات مهمی است که میتواند به شناخت بیشتر رفتار شمعهای مایل و طراحی بهینه در محیطهای حرفهای توسط مهندسان کمک کند.
شمعهای مایل بسته به نوع گسیختگی خاک اطرافشان به دو دسته شمعهای مایل مثبت (لغزش گوه گسیختگی به سمت بالای شمع) و شمعهایی مایل منفی (لغزش گوه گسیختگی به سمت پایین شمع ) تقسیم میشوند. از شمعهای مایل منفی به دلیل مقاومت بالا در مقابل بارهای جانبی استاتیکی و سیکلیک به طور گسترده استفاده میشود. بررسی رفتار شمعهای مایل تحت اثر بارهای جانبی استاتیکی و سیکلیک یک مسأله اندرکنش خاک -سازه است که از پیچیدگی خاصی برخوردار است.
مقاومت شمعهای مایل منفی تحت اثر بارهای جانبی بیشتر از مقاومت شمعهای مایل مثبت است. تغییر مکان جانبی شمعهای مایل به زاویه شمع تمایل آنها بستگی دارد.
مقایسه رفتار شمع قائم و مایل تحت اثر بارهای محوری
برای مقایسه رفتار شمع قائم و مایل تحت اثر بارهای محوری، بارهای محوری یک تنش یکنواخت در راستای محور شمع وارد شد. بر ای اینکه تحت اثر مقادیر مختلف بار وارد شده مقدار تغییر مکان محوری قابل اندازه گیری باشد، تنش محوری وارد شده به صورت مرحلهای زیاد شده و در هر مرحله بارگذاری تغییر مکان محوری ثبت میشود.
نشست شمع مایل تحت اثر بار محوری بیشتر از شمع قائم است. به عبارت دیگر ظرفیت باربری محوری شمع مایل کمتر از شمع قائم است.
برای نواحی مختلف اطراف شمع مایل میتوان این نتیجه را استنباط کرد که در اثر مایل کردن شمع، مقدار نشست محوری شمع تحت اثر بارهای محوری افزایش مییابد. مقدار این افزایش نشست تابعی از پارامترهای مقاومتی خاک است.
رفتارشمع قائم و مایل تحت اثر بارهای جانبی
مزیت اصلی استفاده از شمعهای مایل تحمل بارهای جانبی توسط آنها است. شمعهای مایل تحت اثر بارهای جانبی بسته به جهت وارد شدن بار به دو دسته شمع مایل مثبت و شمع مایل منفی تقسیم میشوند. برای مقایسه رفتار شمع مایل و قائم تحت اثر بارهای جانبی، بار جانبی به صورت یک تنش یکنواخت وارد میشود. بارهای جانبی وارد شده به صورت مرحلهای زیاد شده و در هر مرحله بارگذاری، تغییر مکان جانبی ثبت میشود.
تحت اثر بارهای جانبی شمع مایل منفی کمترین تغییر مکان جانبی و شمع مایل مثبت بیشترین تغییر مکان جانبی را دارد و منحنی بار جانبی – تغییر مکان جانبی مربوط به شمع قائم بین منحنیهای مربوط به دو نوع شمع مایل مثبت و منفی قرار میگیرد. این نتیجه که مقدار تغییر مکان جانبی شمع مایل منفی کمتر از شمع مایل مثبت است توسط محققین ثابت شده است.
اگر نیروی جانبی وارد شده به شمع در دو راستای محوری و عمود بر محور شمع تجزیه شود، در شمع مایل منفی مؤلفه عمودی بارهای جانبی در جهتی وارد میشود که خاک پشت شمع را تحت فشار قرار دهد. به عبارت دیگر این مؤلفه تمایل دارد که فشار مقاوم خاک پشت شمع را بسیج کند و به دلیل این که گوه گسیختگی به سمت پایین حرکت میکند، توده خاک قرار گرفته در زیر این گوه باعث کاهش حرکت آن میشود که نتیجه این عمل کاهش تغییر مکان جانبی شمع مایل منفی است. در مقابل در شمع مایل مثبت گوه گسیختگی ایجاد شده در خاک به کشش میافتد و به دلیل اینکه این گوه در این نوع شمع به طرف بالا حرکت میکند و با توجه به سطحی بودن گوه گسیختگی توده خاک قرار گرفته در اطراف این گوه نمیتواند باعث کاهش حرکت آن شود. در نتیجه در این نوع شمع تغییر مکان جانبی بیشتری به وجود میآید. در شمع قائم نیز حالت بینابین به وجود میآید، به عبارت دیگر گوه گسیختگی به وجودد آمده در خاک پشت این شمع به طرف بالا و یا پایین حرکت نمیکند، بلکه حرکت آن به طرفین است. توده خاک قرار گرفته در اطراف گوه گسیختگی، تأثیر قابل ملاحظهای در کاهش حرکت این گوه ندارد. در نتیجه در شمع قائم تغییر مکان جانبی بیشتر از شمع مایل منفی و کمتر از شمع مایل مثبت است.
با توجه به تحلیلهای انجام شده، میتوان نتیجه گرفت.
- نشست شمعهای مایل تحت اثر بارهای محوری بیشتر از شمعهای قائم است. به عبارت دیگر تحت اثر بارهای محوری، توزیع تنش به وجود آمده درخاک اطراف شمعهای قائم و مایل متفاوتاست.
- شمعهای مایل منفی تحت اثر بار جانبی کمترین تغییر مکان جانبی را دارند. شمعهای مایل مثبت بیشترین تغییر مکان جانبی را دارند. تغییر مکان جانبی شمع قائم، مداری مابین دو مقدار قبل است.
- گوه گسیختگی در شمعهای مایل منفی به سمت پایین حرکت میکند. در صورتی که گوه گسیختگی خاک در شمعهای مایل مثبت به سمت بالا حرکت میکند و حرکت گوه گسیختگی در شمعهای قائم به سمت طرفین محیط است.