روش‌های طراحی و بارگذاری انواع دیوار حائل

دیوار‌های حائل به چهار گروه زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

1. دیوار‌های حائل وزنی
2. دیوار‌های حائل نیمه وزنی
3. دیوار‌های حائل طره‌ای (پشت بند دار)
4. دیوار‌های حائل سپری
5. دیوار‌های حائل خاک مسلح

دیوار‌های حائل وزنی شامل دیوار‌های سنگی‌ای می‌شود که با استفاده از مصالح بنایی نظیر ترکیب ماسه و سیمان و یا ترکیب گل و آهک ساخته می‌شوند. اینگونه دیوار‌ها با توجه به نوع مصالح بکار رفته در آن که شامل سنگ و ماسه است بدلیل ضخامت زیادشان دیوار حائل وزنی نام گرفته‌اند.

در صورت نیاز به کاهش ضخامت اینگونه دیوار‌ها می‌توان از مصالح مسلح‌کننده مانند میلگرد و یا صفحات فلزی جهت بالابردن سختی خمشی استفاده نمود که در این صورت به آن دیوار حائل نیمه وزنی گفته می‌شود.

در صورتی که جهت ساخت دیوار از مصالح مستحکم‌تری مانند بتن مسلح استفاده شود می‌توان ضخامت و وزن دیوار را کاهش داد که به اینگونه دیوار‌ها دیوار طره‌ای اطلاق می‌گردد. دیوار حائل طره‌ای از تیغه عمودی و یک دال افقی در زیر پی تشکیل می‌شود.

در صورتی که در پشت این دیوار‌ها تکیه‌گاهی بین تیغه و دال ساخته شود به آن دیوار حائل پشت بند دار نیز گفته می‌شود.

با استفاده از ورقه‌های فلزی که با ایجاد مقاطع کرکره‌ای مانند در آن و ایجاد چفت و بست بین هر ورق، می‌توان با کوبیدن آن در پاشنه‌ی شیروانی از گسیختگی آن جلوگیری کرد، دیوار حائل سپری گفته می‌شود.

آخرین نوع از دیوار‌های حائل دیوار‌های خاک مسلح هستند که مصالح اصلی سازنده‌ی آن خاک دانه‌ای و المان‌هایی جهت مسلح‌سازی خاک و افزایش اصطکاک و افزودن مقاومت کششی به خاک است. یکی از این المان‌های مسلح‌کننده‌ی خاک ژئوگرید‌های پلی استری است. در مقاله با عنوان طراحی دیوار حائل ژئوگریدی به تفصیل در خصوص این نوع دیوار حائل صحبت کرده‌ایم که برای مطالعه بیشتر می‌توانید مراجعه بفرمایید.

روش‌های طراحی دیوار‌های حائل وزنی و نیمه وزنی

جهت طراحی دیوارحایل وزنی و غیر وزنی کنترل 4 نوع گسیختگی جهت اطمینان از حفظ پایداری آن ضروری است. این چهار گسیختگی عبارتند از:

1. گسیختگی ناشی از جابجایی (لغزش دیوار)
2. گسیختگی ناشی از واژگونی (چرخش) و ظرفیت باربری دیوار
3. گسیختگی سازه‌ای دیوار
4. گسیختگی عمقی در زیر دیوار

در شکل زیر انواع گسیختگی ذکر شده در بالا بصورت شماتیک نمایش داده شده است:

گسیختگی ناشی از لغزش در دیوارهای حائل وزنی و نیمه وزنی

جهت جلوگیری از این نوع گسیختگی می‌بایست مقاومت کف دیوار که حاصل‌ضرب مجموع مؤلفه‌های عمودی وارد بر دیوار در ضریب اصطکاک کف دیوار با خاک که برابر با نسبتی از تانژانت زاویه اصطکاک داخلی خاک است، بر نیروی افقی حاصل از تجمیع مؤلفه‌های افقی وارد بر دیوار غلبه نماید. نسبت این دو نیرو ضریب اطمینان دیوار در برابر لغزش را نشان می‌دهد که ضریب اطمینان برابر با یک نشان‌دهنده آن است که دیوار در آستانه لغزش قرار دارد.
در ادامه توضیح فرمولی آنچه در بالا گفته شد نمایش داده شده است. ضریب اطمینان در برابر لغزش برای دیوار حایل از رابطه 1 محاسبه می‌گردد. که در این رابطه T مقاومت در برابر لغزش برای کف دیوار است

1)

رابطه 2 نشان‌دهنده نسبت بین زاویه اصطکاک داخلی خاک و زاویه اصطکاک بین خاک و پی دیوار حایل است که با ‘φ_b نمایش داده شده است.

2)

در صورتی که محاسبات بر اساس تنش مؤثر انجام شود (ESA)، T از رابطه ‘T=R_z tan⁡φ_b محاسبه می‌گردد که در اینجا R_z همان نیروی عکس العمل تکیه‌گاهی در زیر پی دیوار است. در صورتی که محاسبات بر اساس تنش کل انجام گردد، T=s_w B محاسبه می‌گردد که در این رابطه B عرض پی دیوار و s_w چسبندگی زهکشی نشده خاک زیر دیوار است.

3)

در رابطه  W_w وزن دیوار، W_s وزن گوه خاکی بالای پاشنه دیوار، P_ax و P_az مؤلفه‌های افقی و قائم فشار محرک به دیوار و θ_b زاویه پی دیوار با افق است.
درصورت محاسبه ضریب اطمینان در برابر لغزش بر اساس تنش کل، رابطه 3 به فرم زیر تبدیل می‌شود:

4)

گسیختگی در اثر واژگونی در دیوارهای حائل وزنی و نیمه وزنی

دیوار‌های حائل صلب می‌بایست در برابر واژگونی از مقاومت لازم برخوردار باشد. در صورتی که برآیند نیرو‌های عمودی در فاصله‌ی 1/3 الی 2/3 عرض پی واقع شده باشد. در این صورت با لنگرگیری در حول پاشنه دیوار داریم:

5)

در رابطه 5، z_a فاصله افقی برایند نیرو‌های عمودی از پاشنه‌ی دیوار است. در این صورت خروج از محوریت ایمن جهت پایدار ماند دیوار در برابر واژگونی e=(B⁄2-x ̅ )≤B⁄6 است.

ظرفیت باربری

فشار وارد بر خاک از طرف دیوار می‌بایست حاشیه مطمئنی تا میزان ظرفیت برابری خاک زیر پی داشته باشد. بنابراین با محاسبه ظرفیت باربری خاک زیر دیوار  طراحی دیوار بر اساس آن بررسی گردد.
بنابراین جهت طراحی دیوار حائل در برابر شیروانی خاکی، مراحل زیر می‌بایست طی شود:

1. محاسبه فشار محرک وارد بر دیوار و مؤلفه‌های آن. چنانچه سطح دیوار صاف باشد (smooth) بهتر است به علت سهولت در محاسبات از تئوری رانکین جهت برآورد فشار محرک بر دیوار استفاده گردد.
2. محاسبه وزن دیوار و خاک بالای آن.
3. استفاده از رابطه 3 و یا 4 جهت محاسبه ضریب اطمینان در مقابل لغزش.
4. استفاده از رابطه 5 جهت محاسبه فاصله برآیند نیرو‌های عمودی وارد بر دیوار با پاشنه دیوار.
5. بررسی خروج از محوریت دیوار. در صورتی که خروج از محوریت بیشتر از B⁄6 باشد در این صورت دیوار در خطر واژگونی است.
6. محاسبه حداکثر مقدار فشار محرک خاک از رابطه‌ی:
7. محاسبه ظرفیت باربریخاک طبق روابط مناسب
8. در روش طراحی بر اساس تنش مجاز (ASD)، ضریب ایمنی مورد نظر جهت پایدار ماندن شیروانی در برابر گسیختگی ناشی از عدم تأمین ظرفیت برابری لازم است تا تأمین گردد.
9. در روش مؤلفه‌های بار و مقاومت (LRFD)، مؤلفه‌های افقی و عمودی بار نباید از حاصلضرب ضریب کارآیی در میزان مقاومت در جهت مورد نظر فراتر رود.