ضغط الأرض السلبي على الجدران الاستنادية

اليوم، يركز Savo Kusic على النوافذ الخشبية، نوافذ الخشب والألومنيوم، النوافذ المخصصة، الأبواب وطلبات عرض الأسعار. يظل هذا النص بمثابة أرشيف جيوتقني وليس عرضًا لتصميم الجدران الاستنادية أو التحقيقات الجيوتقنية أو أعمال الحفر.

طرق تحديد الضغط الأرضي السلبي

يظهر ضغط الأرض السلبي فقط في الحالة التي يكون فيها تشوه الجدار تجاه الأرض كبيرًا بدرجة كافية لتنشيط المقاومة الداخلية للأرض التي تعارض القوة الخارجية. حدد فرانزيوس تجريبيًا أنه من أجل تنشيط ضغط الأرض السلبي، يلزم حركة الجدار في حالة الرمال الرطبة s=30_h_1,5، وفي حالة الرمال تحت الماء s=23h2،5 حيث تكون الحركة s بالملليمتر، و h هو ارتفاع الجدار بالمتر. ولذلك، إذا كان ارتفاع الجدار هو h=3,0 m، من أجل تفعيل الضغط السلبي، في حالة الرمال الرطبة، مطلوب حركة الجدار في اتجاه الأرض s=156 mm. ومع ذلك، نظرًا لأن مثل هذه الحركة الكبيرة للجدار غير مسموح بها في معظم الحالات، يتم التعامل معها بإحدى الطرق التالية:

a) إذا كان ارتفاع الجدار صغيرًا، كما هو الحال في معدل الأساس CD (شكل 1a)، لا يؤخذ في الاعتبار ضغط الأرض السلبي Ep، طالما أن طبقة التربة، أمام المعدل CD يمكن حفرها أو تآكلها لاحقًا، ويتم حسابها فقط مع ضغط الأرض النشط Ea على كامل ارتفاع الجدار AB.

b) في حالة ارتفاع الجدار (الشكل 1b)، بدلاً من ضغط الأرض السلبي Ep على جزء الجدار CD، يتم اعتماد Ea كمقاومة تعارض القوى Ea1 و Ea2.

c) في حالة الدعامات التي تحتاج إلى استقبال قوى أفقية كبيرة، يلزم ضغط سلبي كامل Ep على كامل ارتفاع الجدار AB، من أجل مقاومة قوة الهجوم R (الشكل 1c). في تلك الحالة يتم إجراء تشوه التربة مسبقًا باستخدام الرافعات الهيدروليكية، وإذا كانت التربة مكونة من طين ناعم أو مادة مشابهة تتشوه بقوة تحت الحمل، يتم استبدال هذه المادة بالعرض المطلوب ب بمادة حصوية تكون زاوية احتكاكها الداخلي كبيرة ويمكن ضغطها بسهولة، بحيث يتم استبعاد التشوهات اللاحقة للتربة تحت حمل الهيكل.

الشكل. 1. حالات تأثير الضغط الأرضي السلبي

هناك عدة طرق لتحديد الضغط الأرضي السلبي، من أشهرها الطرق الرسومية لكولومب وريبهان بونسيليه.

طريقة كولوم الرسومية

وفق هذه الطريقة يتم اعتماد سطح منزلق حقيقي، كما أن المقاومة الداخلية للتربة تتكون فقط من الاحتكاك، دون تماسك (c=0). بما أن ضغط الأرض المنفعل يظهر كقوة مقاومة، فهي زاوية الاحتكاك الداخلي للتربة وزاوية انحراف القوة Ep من العمودي إلى جدار العلامة المقابلة، أي -δ و -ϕ (شكل 2a).

إذا كان السطح الداخلي للجدار هو AB وإذا اعتمدنا سطحًا منزلقًا عشوائيًا AC، فإن القوة الخارجية Ep يقابلها وزن W للمنشور المنزلق ABCA ومقاومة الاحتكاك Q على طول السطح المنزلق AC. بما أن الوزن W يعرف بحجمه واتجاهه واتجاهه، في حين أن القوتين Q و_Ep_ تعرفان باتجاههما واتجاههما، فمن الممكن إنشاء مخطط للقوى (شكل 2b)، يتم من خلاله تحديد حجم القوة Ep.

الشكل. 2. الضغط الأرضي السلبي لكولوم

ومع ذلك، نظرًا لأن أصغر ضغط سلبي Ep،min يتوافق مع السطح المنزلق الحرج AC، والذي من المرجح أن يتشكل عليه المنشور المنزلق ويتم دفعه للخارج أكثر تحت تأثير القوة الخارجية، يتم ذلك على النحو التالي (الشكل 3).

الشكل. 3. تقدير ضغط الأرض السلبي EP بواسطة كولوم

يتم رسم العديد من الأسطح المنزلقة التعسفية AC1، AC2، AC3. . . ولكل منشور منزلق مناظر، حدد الوزن W1 = AΔABC1 x 1,00 x γ, W2 = AΔABC2 x 1,00 x γ, W3 = AΔABC3 x 1,00 x γ. ثم لكل منشور، يتم إنشاء خطة مناسبة للقوى ويتم تحديد القوى EP1، EP2، EP3… يتم تطبيق هذه القوى بمقياس مناسب لمخطط القوة EP ويعطي المماس لهذا المخطط الموازي لمحور الإحداثي السيني أصغر قيمة Ep، والتي تتوافق مع السطح المنزلق الحرج AC. عيب هذه الطريقة هو أنها، بسبب حلها الرسومي، يمكن أن تعطي قوة Ep تنحرف كثيرًا عن الواقع. ولذلك نادرا ما تستخدم هذه الطريقة.

طريقة كولمان الرسومية

وفقًا لهذه الطريقة، من المفترض أن ضغط الأرض السلبي Ep يعمل بزاوية -δ مع العمودي على الجدار الاستنادي، وأن خط المنحدر الطبيعي للتربة يتداخل مع الزاوية -ϕ مع الأفقي، وأن خط الموضع يتداخل مع الزاوية -(δ+ϕ) مع خط الجدار (شكل 4a). في حالة التوازن الحدي تتقاطع القوى الثلاث المؤثرة W و Q و Ep عند نقطة واحدة. بما أن القوة W معروفة باتجاهها ومقدارها واتجاهها، والقوتين Q و_Ep_ باتجاهها واتجاهها، فيمكننا رسم خطة للقوى (شكل 4b). إذا أدرنا مثلث القوى هذا بمقدار 90°- ϕ في اتجاه عكس عقارب الساعة، فإن القوة W ستسقط في اتجاه خط المنحدر الطبيعي للأرض AN، والقوة Q في اتجاه السطح المنزلق AC، والقوة Ea في اتجاه خط الموضع BH، حيث أن الزاوية بين القوتين W و Q هي α+ϕ، بينما الزاوية الواقعة بين القوتين W و Q هي α+ϕ. Ep والعمودي على الحائط δ، واتجاه القوة Ep يتطابق مع اتجاه خط الموضع BH (شكل 4a).

الشكل. 4. تحديد ضغط الأرض السلبي بواسطة كولوم

يكون الإجراء الخاص بتحديد ضغط الأرض السلبي كما يلي (الشكل 4c). من ساق الجدار A، نرسم عدة أسطح منزلقة عشوائية AC1، AC2، AC3…. كل سطح من هذه الأسطح يتوافق مع منشور منزلق ABC1، ABC2، ABC3…، طوله المتعامد على الرسم الذي نعتمده يساوي الوحدة. إذا كانت أوزان هذه المنشورات الأرضية W1 = AΔABC1 x 1,00 x γ, W2 = AΔABC2 x 1,00 x γ, W3 = AΔABC3 x 1,00 x γ، حيث γ هو الوزن الحجمي للتربة، مطبق على خط المنحدر الطبيعي للتربة AN، سنحصل على النقاط I، II، III… وبرسم خطوط موازية لخط الموضع من هذه النقاط نحصل على نقاط التقاطع R1, R2، R3… المثلثات A_I_R1، A_II_R2، A_III_R3 هي مستويات قوة W، Q و_Ep_ للأسطح المنزلقة المقابلة. من خلال ربط النقاط R1، R2، R3… نحصل على خط Cullmann لضغوط الأرض السلبية، ما يسمى بـ Cullmann’s Ep Line. مماس هذا الخط الموازي لخط المنحدر الطبيعي للتربة يعطي أصغر طول KK’، والذي بالنسبة للقوى W يعطي ضغط الأرض السلبي Ep.

إذا مددنا الاتجاه AK إلى التقاطع مع خط التضاريس نحصل على السطح المنزلق الأقل مقاومة AC.

طريقة ريبان-بونسيليت

وفقًا لهذه الطريقة، فإن الإجراء مشابه لإجراء تحديد ضغط الأرض النشط مع اختلاف القوة Q التي تؤثر بزاوية -ϕ مع العمودي على السطح المنزلق، والقوة Ep بزاوية -δ مع العمودي على خط الجدار. وفقًا لريبهان، AΔABC = AΔACD (الشكل 5a). إجراء تحديد ضغط الأرض السلبي هو كما يلي:

الشكل. 5. تقدير الضغط الأرضي السلبي طبقاً لريبهان-بونسيليت

من قاعدة الجدار A نرسم خط الانحدار الطبيعي للتربة بزاوية -ϕ مع الأفقي.

من أعلى الجدار B نرسم خط الموضع BH بزاوية -(δ+ϕ). عند النقطة M من تقاطع الموضع والمنحدر الطبيعي للأرض، يتم رفع العمودي إلى التقاطع L بنصف دائرة فوق AN كقطر.

مع فتح البوصلة AL ننقل النقطة L إلى D (AL=AD).

بالرسم من النقطة D الموازية لخط الموضع إلى التقاطع C مع خط التضاريس نحصل على جانب واحد من مثلث الضغط الأرضي DC = e. بنقل النقطة C إلى F (DC= DF) وخفض الطبيعي CK إلى خط المنحدر الطبيعي للتربة، نحصل على مثلث ضغط الأرض DCF، ومنه نحصل على Ep=1/2_γ_ ef، حيث γ هو الوزن الحجمي للتربة.

الخط AC يمثل السطح المنزلق. مخطط ضغط الأرض السلبي هو ba (الشكل 5b). ويتم الحصول عليه على أساس النموذج

Ep = xh/2، حيث x = 2_Ep_/h

نقطة هجوم القوة Ep تقع عند ارتفاع مركز ثقل المثلث abc. تؤثر القوة Ep بزاوية -δ مع العمودي على الجدار الداعم.

يتم نقل الأساليب والوحدات والصيغ والقيم المذكورة من مصدر تاريخي وليست بديلاً عن الدراسة الجيوتقنية أو الحساب الثابت أو مشروع الجدار الاستنادي أو خطة التنفيذ. تعتمد إمكانية تعبئة المقاومة السلبية على التشوه المسموح به والمعلمات الفعلية وطبقات التربة والمياه الجوفية والسطحية والصرف والأحمال الإضافية والتأثيرات الزلزالية والتآكل والحفر ومراحل البناء والمباني المجاورة. يجب تحديد الحل لتضاريس معينة من خلال البحث المناسب وخبراء الجيوتقنية وخبراء البناء المعتمدين وفقًا للوائح الحالية.