خاکهای نرم به دلیل ویژگیهای نامطلوب مانند دانهبندی ضعیف، مقاومت برشی کم و انعطافپذیری بیش از حد، تمایل به جمع شدن یا متورم شدن دارند و برای استفاده در پروژههای عمرانی مناسب نیستند. روشهای متعددی برای بهبود خواص مکانیکی خاک معرفی شده است که از جمله آنها میتوان به تقویت با المانهای کششی اشاره کرد. خاک مسلح از دو ماده خاک و عناصر تقویتکننده تشکیل شده است که برای افزایش مقاومت آن در برابر تنشهای کششی در داخل خاک قرار میگیرند.
خاک مسلح با افزایش مقاومت کششی خاک، افزایش مقاومت برشی به علت اصطکاک موجود در سطح تماس خاک و مصالح مسلحکننده و جلوگیری از نفوذ مصالح در خاک سست باعث افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست خاک و همچنین باعث افزایش پایداری خاکریزها و بسیاری موارد دیگر میشود. استفاده از خاک مسلح چه از نظر فنی و چه از نظر اقتصادی در اغلب اوقات بر دیگر روشها برتری دارد. از نظر سازه خاک مسلح به علت انعطافپذیری و میرایی بالایی که دارد در مقابل بار ناشی از زلزله عملکرد خوبی نشان میدهد از نظر اقتصادی نیز با توجه به سهولت در اجرا، عدم نیاز به کارگران با مهارتهای فنی بالا، کم بودن زمان اجرا، این روش میتواند در ردیف اول اولویتهای انتخابی قرار گیرد.
ترکیب مسلحکننده و خاک مناسب، مصالح ویژهای را بوجود میآورد که دارای خواصی کاملاً متفاوت با خواص اجزاء تشکیلدهنده آن است. زمانی که مقاومت کششی مسلحکننده به خاک متراکم ملحق میشود توده به صورت جسم ترکیبی در میآید و امکان ساخت سازههای اقتصادی که قادر به مهار نیروهای کششی هستند را فراهم میسازد.
ژئوسنتتیکها
ژئوسنتتیکها مانند ژئوگرید، ژئوتکستایل، ژئوکامپوزیت، ژئوسل و… اکنون با موفقیت در بسیاری از کارهای مهندسی به عنوان تقویتکننده در دیوارهای حائل، روسازیها، فونداسیونهای تقویت شده، شیبها و… استفاده میشوند. خواص فیزیکی و مکانیکی ژئوسنتتیکها همچون استحکام، نفوذناپذیری، مقاومت در برابر سوراخ شدگی و از همه مهمتر مقاومت کششی فوقالعاده بالای آنها نسبت به وزنشان باعث بوجود آمدن گسترة وسیعی از کاربرد این مواد در طرحهای عمرانی شده است.
پیهای سطحی واقع بر بستر تقویت شده
پی بخشی از سازه است که وزن سازه را به زمین منتقل میکند. تمام سازههای ساخته شده بر روی زمین بر روی فونداسیونها قرار میگیرند. پی یک حلقه اتصال بین سازه و زمینی است که آن را نگه میدارد. ویژگیهای ظرفیت باربری خاک پی، معیار اصلی طراحی سازههای مهندسی عمران است. ظرفیت باربری خاک زیر پی نباید باعث گسیختگی برشی در خاک شود. ظرفیت باربری نهایی حداکثر فشاری است که میتواند بدون گسیختگی در خاک به وجود آید.
خاک به تنهایی قادر به تحمل نیروهای فشاری و برشی است. با این حال، با استفاده از ژئوسنتتیکها به عنوان عناصر تقویتکننده، میتوان خاکها را برای تحمل نیروهای کششی نیز تقویت کرد. این یک چشم انداز واقعی است که تقویت خاک با ژئوگرید در آینده به همان اندازه رایج خواهد بود که تقویت بتن با فولاد امروزی است.
با توجه به آزمایشاتی که توسط محققان انجام شده است آنها دریافتند که قرار دادن مسلحکننده در یک عمق معین از کف پی باعث افزایش ظرفیت باربری پی میشود. شکل 1 نشاندهنده یک پی سطحی به عرض B بر روی خاک مسلح شده توسط ژئوگرید میباشد.
شکل 2 نشاندهنده نمودار بار نشست با مسلحکننده و بدون مسلحکننده میباشد، اگر از مسلحکننده استفاده شود، ظرفیت باربری نهایی افزایش مییابد که این افزایش در ظرفیت باربری نهایی توسط یک عبارت بدون بعد که نسبت ظرفیت باربری نام دارد معرفی میشود.
که در آن ظرفیت باربری نهایی پی بر روی خاک مسلح شده و qu ظرفیت باربری نهایی همان پی بدون مسلح کردن همان خاک میباشد.