توزیع فشار وارده بر دیوار مهارکوبی (تسلیح شده توسط سیستم انکراژ) از سوی زمین به مقدار و توزیع تغییر شکل جانبی دیوار بستگی دارد. در دیوارهای طره­ای غیر وزنی نسبتاً انعطاف­پذیر (برای مثال، سپری­ها یا تیرها نگهبان مهارکوبی (یا انکراژ) شده با روکش) می­توان انتظار داشت، تحت تغییرشکل­های جانبی زیاد، حالت اکتیو و فشار اکتیو در کل ارتفاع دیوار ایجاد گردد. در طراحی این سیستم­ها، دیاگرام تئوریک فشار اکتیو زمین با استفاده از روش رانکین یا کولمب قابل محاسبه است.

 تاثیر فشار زمین بر طراحی دیوار مهار کوبی (تسلیح شده توسط سیستم انکراژ)

برای سیستم­های دیوار مهارکوبی (تسلیح شده توسط سیستم انکراژ) بالا به پایین، الگوی تغییر شکل بسیار پیچیده بوده و مطابق فرضیات تئوریک توزیع فشار رانکین و کولمب نیست. مقاومت برشی خاک، سختی دیوار، زاویه مهارها (یا مسلح کننده های انکراژ)، فاصله قائم مهارها و بار lock-off مهارها (یا مسلح کننده های انکراژ)، بطور مستقیم بر الگوی تغییر شکل دیوار و نیروی جانبی اعمالی بر این نوع دیوارها تاثیر می­گذارد. برای مثال، بیشترین مقدار فشار زمین در نزدیکی مهار (یا مسلح کننده انکراژ)،  فوقانی شکل می­گیرد، چرا که مهار (یا مسلح کننده انکراژ) فوقانی از مقدار لازم حرکت رو به جلو دیوار برای ایجاد حالت اکتیو در دیوار و فشار خاک جلوگیری می­کند.

این بخش اطلاعاتی و راهکارهایی برای برآورد توزیع فشار زمین در طراحی سیستم­های دیوار مهارکوبی (تسلیح شده توسط سیستم انکراژ) موقت و دائم انعطاف­پذیر ارائه می­کند. روش­های ارزیابی فشار زمین در این نوع دیوارها شامل استفاده از فشار ظاهری زمین، آنالیز گوه لغزشی و محاسبات تعادل محدود می­باشد.

 

  • پیشینه

دیاگرام­های فشار ظاهری زمین، دیاگرام­های نیمه تجربی می­باشند که توسط ترزاقی و پک (1967) و همچنین پک (1969) برای تخمین نیرو در طراحی محافظه­کارانه استرات­ها (struts) در نیلینگ یا  خاکبرداری­هایی که با سیستم مهار متقابل بادبندهای داخلی پایدارسازی می­شوند، تهیه شده اند. این دیاگرام­های برای پروفیل­های خاکی همگن و تحت شرایط و فرضیات زیر تهیه شده­اند:

  • بارگذاری زهکشی شده در ماسه­ ها
  • بارگذاری زهکشی نشده در رس­ های ترک­ دار سفت و سخت
  • بارگذاری زهکشی نشده در رس­ های نرم تا متوسط

از سال 1969، اصلاحاتی بر روی نسخه اصلی دیاگرام­های فوق­الذکر صورت گرفت. دو مورد از مهم­ترین اصلاحات به قرار زیر است:

  • هنکل (1971) معادله محاسبه حداکثر فشار زمین در دیاگرام فشار ظاهری برای رس نرم تا متوسط ترزاقی و پک را اصلاح کرد. هنکل یک مکانیزم گسیختگی منطبق با جابجایی عمیق برای خاکبرداری در رس نرم تا متوسط فرض کرد، که این فرض در نمودارهای اصلی پک (1969) صورت نگرفته بود. پک (1969)، مقادیر ضریب فشار اکتیو زمین را کمتر پیش­بینی کرده بود، در حالیکه در روش هنکل، این ضرایب بسیار دقیق­تر و واقعی­تر پیش­­بینی شده­ اند.
  • در نشریه FHWA-RD-97-130 (1998) نیز تغییراتی در توزیع فشار زمین محاسبه شده از دیاگرام­های فشار ظاهری ترزاقی و پک (1967) برای ماسه و رس ترک­دار سفت تا سخت پیشنهاد شده است. فشار زمین برای دیوارهای مهارکوبی (تسلیح شده توسط سیستم انکراژ) انعطاف­پذیر بسیار تحت تاثیر پروسه پیش­تنیدگی و lock-off مورد استفاده در هر یک از مهارها (یا مسلح کننده های انکراژ) می­باشد. فشار زمین در موقعیت مهار (یا مسلح کننده انکراژ) متمرکز می­شود. برای تعیین دیاگرام فشار ظاهری زمین برای دیوارهای مهارکوبی (تسلیح شده توسط سیستم انکراژ) در ماسه و رس ترک­دار سفت تا سخت، لازم است که موقعیت بالاترین و پایین­ترین مهار (یا مسلح کننده انکراژ) مشخص شود. بنابراین توزیع فشار زمین، علاوه بر اینکه تحت تاثیر عمق خاکبرداری می­باشد (که در دیاگرام ترزاقی و پک این موضوع لحاظ شده است)، از موقعیت مهارها (یا مسلح کننده های انکراژ) نیز متاثر است (این مورد توسط ترزاقی و پک لحاظ نشده بود ولی در نسخه FHWA لحاظ شده است).

استفاده از دیاگرام­های فشار ظاهری زمین منتج به برآورد منطقی و قابل قبول نیروی مهارها (یا مسلح کننده های انکراژ) و تخمین محافظه کارانه لنگر خمشی دیوار در دیوارهای انعطاف­پذیر ساخته شده در خاک می­شود. آنالیز با دیاگرام فشار ظاهری زمین امکان محاسبه دستی نسبتاً ساده نیروی مهارها و لنگر خمشی دیوار را فراهم می­آورد.

این دیاگرام­ها بیانگر پوش ­هایی هستند که می­توان از آنها برای طراحی یک سیستم مهارکوبی (یا انکراژ) پاسخگو برای کل مدت خاکبرداری استفاده نمود، ولی این دیاگرام­ها بیانگر بارهای واقعی وارد بر دیوار در هر لحظه زمانی نیستند. زمانیکه نیاز به تخمین بارهای واقعی وارد بر دیوار باشد، ممکن است آنالیز ساخت مرحله­ای مانند آنالیز اندرکنش خاک- سازه، سازه نگهبان (مانند آنالیز تیر روی فونداسیون الاستیک) لازم باشد. همچنین ممکن است آنالیز ساخت مرحله­ای در موارد زیر نیز لازم باشد:

  • دیوار تحت اثر بار ناشی از فونداسیون­های مجاور
  • دیوار متحمل سربارهای سنگین و زیاد باشد
  • ناپایداری یا صفحات ضعیف در خاک مهار شده موجود باشد

برای ارزیابی بار نهایی لازم برای پایدارسازی یک شیب یا گود در خاک­های لایه لایه (لایه ­های زیاد)، زمانیکه گوه گسیختگی محتمل عمیق باشد یا در امتداد سطوح مشترک ضعیف رخ دهد و جاییکه سربارها زیاد و بغرنج باشند، می­توان از محاسبات به روش تعادل محدود استفاده نمود. محاسبات تعادل محدود را می­توان با استفاده از روش­های محاسبه دستی مانند گوه آزمایشی یا با استفاده از برنامه­های کامپیوتری آنالیز پایداری شیروانی­ها انجام داد. در ارزیابی بارهای دیوارهای ساخته شده در خاک­های نسبتاً همگن، دقت محاسبات تعادل محدود معادل با روش دیاگرام­های فشار ظاهری زمین می­باشد. با این وجود، استفاده از دیاگرام­های فشار ظاهری زمین ارجح است.