مقاومت ژئوگریدها
در عملکرد اکثر سازههای خاکی مسلح، مقاومت بیرون کشش مسلح کننده نقش عمدهای را به عهده دارد. از طرفی به علت اینکه خاکهای درشتدانه معمولاً اندرکنش بهتری با مسلحکننده برقرار میکنند، در این سازهها بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند. خاک درشتدانه عموماً از محل قرضه به محل اجرای سازههای خاکی منتقل میشود و از این رو، تهیهی آن پرهزینه است.
مطابق تعریف مؤسسهی استاندارد آمریکا، ژئوسنتتیکها محصولات صفحهای از جنس پلیمرها هستند که به عنوان جزئی جداییناپذیر همراه با مصالح طبیعی ژئوتکنیکی مثل خاک و سنگ در سازههای مهندسی عمران بکار برده میشوند. به علت ضعف خاک، از این محصولات در تقویت مقاومت برشی خاک استفاده میشود. خاک، بیشترین حجم یک سازهی خاک مسلح را تشکیل میدهد. میتوان گفت که تقریباً همیشه امکان اجراییسازهی خاک مسلح حتی با استفاده از خاکی که در محل موجود است یا با استفاده از خاکی که از نزدیکی محل آورده شده، وجود دارد. اما لازم است که بدانیم آیا خاک مورد استفاده برای ساختن یک سازهی خاک مسلح مناسب است یا خیر. به همین منظور انتخاب خاک با در نظر گرفتن مواردی مثل نوع سازه، پایداری طولانی مدت سازهی نهایی، پایداری کوتاه مدت (در حین ساخت)، خصوصیات فیزیکی شیمیایی مصالح و هزینهی کار، صورت میگیرد. پایداری سازهی خاک مسلح به توسعهی مناسب اصطکاک بین خاک و مسلح کننده بستگی دارد. اصطکاکی که در این حالت بین خاک و مسلح کننده به وجود میآید تابعی از خصوصیات آنها خواهد بود.
خاکهای غیرچسبندهی متراکم شده به میزانی که این تراکم منجر به انبساط حجمی آنها در حین آزمایش برش شود، خاکهای مناسب و ایدهآلی برای استفاده در سازههای خاک مسلح هستند. این خاکها در محدودهای که سازههای خاک مسلح معمولاً بارگذاری میشوند به صورت مصالح الاستیک عمل میکنند. تنها عیب خاکهای غیرچسبنده آن است که این خاکها معمولاً مصالحی وارداتی هستند و بنابراین ممکن است برای اجرای یک سازهی خاک مسلح، مصالح پر هزینهای باشند. از طرف دیگر، خاکهای چسبنده (ریزدانهی رسی) برای ساختن سازههای خاک مسلح مناسب نیستند. این خاکها معمولاً از لحاظ دانهبندی ضعیف هستند. رفتار این خاکها به صورت پلاستیک یا الاستوپلاستیک است، بنابراین در این خاکها احتمال تغییر شکل پس از اجرا، زیاد است. مسلحکنندههایی که در خاکهای چسبنده تحت اثر تنش زیادی واقع میشوند ممکن است مستعد خزش و تحت صدمهی بیشتر در اثر خوردگی باشند. مهمترین مزیت خاکهای چسبنده، در دسترس بودن آنها است و بنابراین این مصالح مقرون به صرفه هستند.
مشکل دیگری که در رابطه با خاک ریزدانه (رسی) مطرح است مقاومت برشی سطح تماس آن با مسلحکننده است. به علت پایین بودن مقدار این مقاومت، گسیختگی برشی در سطح تماس، قبل از رسیدن مقاومت بیرون کشش مسلح کننده به حد نهایی، به وقوع میپیوندد. بنابراین مقاومت مسلح کننده در این خاک، به صورت کامل مورد بهرهبرداری قرار نمیگیرد. مکانیزم اندرکنش خاک و مسلح کننده را میتوان به سادگی به دو گروه زیر تقسیمبندی نمود.
- لغزش خاک به صورت برش مستقیم بر روی سطح مسلحکننده.
- بیرون کشیده شدن مسلح کننده از داخل خاک
به همین دلیل با استناد به مفاهیم فوق، برای مسلح کنندههایی که به شکل شبکهای ساخته شدهاند، مثل ژئوگریدها، مکانیزم شمارهی ۱ به کمک اصطکاک بین خاک و سطح ژئوگرید و نیز توسط اصطکاک داخلی ذرات خاک به تنهایی، کنترل میشود. در مکانیزم شمارهی ۲ مقاومت بیرون کشش ژئوگرید به کمک اصطکاک بین خاک و ژئوگرید و همچنین توسط مقاومت باربری خاک بر روی اعضای عرضی ژئوگرید، قابل کنترل است.
در رابطه با عوامل مؤثر و نیز رفتار مسلح کنندههایی از نوع ژئوسنتتیک در حین بیرون کشش، تاکنون مطالعات مختلف آزمایشگاهی و عددی توسط محققین مختلف انجام شده است.
برگادو و همکاران در سال ۱۹۸۷، اندرکنش بین خاک و ژئوگرید را با استفاده از آزمایشهای برش مستقیم و بیرون کشش گزارش دادند و از نتایج آنها در یک مطالعهی موردی، استفاده نمودند. در این آزمایشها از ژئوگریدی که در خاک ماسهی رسی قرار گرفته، استفاده شده است. آنها به این مسأله پی بردند که زاویۀ اصطکاک داخلی به دست آمده بین خاک و مسلح کننده، مقداری دست بالا است و این به علت اصطکاک دیوارهی داخلی جعبهی آزمایش در آزمایشهای کوچک مقیاس است. به همین دلیل آنها توصیه به روغنکاری دیوارهی داخلی جعبه و نیز افزایش مقیاس آزمایش، کردند.
نتایج مطالعات آنها نشان میدهد که مسلح کنندهی مهار شبکه، تحت شرایط یکسانی با ژئوگرید معمولی، مقاومت بیرون کشش بیشتری از خود بروز میدهد، این در حالی است که مهار شبکه برای رسیدن به مقاومت نهایی خود، جابهجایی کمتری نسبت به ژئوگرید معمولی در نقطهی نزدیک به اعمال بار دارد. به علاوه، مهار شبکه رفتار سختتری را نسبت به ژئوگرید معمولی از خود بروز میدهد و این به دلیل ظرفیت بالا و توانایی مهار شبکه در کسب مقاومت بیرون کشش در جابهجاییهای کمتر است. این افزایش ظرفیت در مسلح کنندهی مهار شبکه به علت مکانیزم مقاومت فعال مهارها است.
استفاده از مهار شبکه از این لحاظ که مقاومت بیرون کشش بیشتری در ازای جابجایی کمتر در طول خود دارد، به صرفهتر است.
که هر چقدر میزان ضخامت خاک درشتدانهی اطراف ژئوگرید بیشتر شود، مقدار مقاومت بیرون کشش آن افزایش مییابد. البته این مقدار افزایش تابع ضخامت لایهی خاک درشتدانه است. از طرفی، مقدار جابهجایی ثبت شدهی هر نقطه از ژئوگرید به ازای حداکثر مقاومت بیرون کشش آن نقطه، با افزایش ضخامت درشتدانهی اطراف ژئوگرید، کاهش مییابد. دلیل این امر آن است که با افزایش ضخامت درشتدانه، به علت افزایش تنش اصطکاکی بر روی صفحهی ژئوگرید، مقدار جابهجایی کمتری از خود نشان میدهد.
در یک مقایسهی کلی بین نمودارهای مهار شبکه و ژئوگرید معمولی میتوان گفت که میزان حداکثر نیروی بیرون کشش در مهار شبکه نسبت به ژئوگرید معمولی افزایش یافته ولی میزان جابهجایی در راستای مسلح کننده به ازای این نیرو، در مهار شبکه نسبت به ژئوگرید معمولی کاهش یافته است.
