پوشش کم عمق تحت بار وسایل نقلیه

پوشش کم عمق تحت بار وسایل نقلیه

در روش نصب استاندارد فرض می شود که لوله بیشتر بصورت ساختار »غشایی « رفتار می کند، به این معنا که لوله تقریباً بطور کامل انعطاف پذیر است و مقاومت اندکی در برابر خمیدگی از خود نشان می دهد. رفتار غشایی در پوشش های کم عمق، بخصوص آن هایی که کمتر از یک قطر لوله عمق دارند، بطور کامل بوجود نمی آید و سربارها و بارهای زنده باعث اعمال بار خمشی به تاج لوله می شوند. در چنین شرایطی، سفتی پیچشی 1 لوله بخشی از بار را جذب می کند و مانع از فرورفتن تاج لوله بسمت داخل تحت اثر بار می شود. در معادله -6 62 که توسط واتکینز ( 14 ) منتشر شده است، مقدار فشار خاک که توسط سفتی پیچشی لوله (مقاومت خمشی 2) و نگه دارندگی خاک می تواند در تاج لوله تحمل شود، محاسبه می شود. طراح علاوه بر بررسی فرمول واتکینز، باید میزان خمش را با استفاده از معادله 6- 53 یا -6 54 محاسبه کند، همچنین طراح باید تنش فشاری دیواره لوله را با استفاده از معادله 6- 56 یا 6- 57 و اعوجاج دیواره لوله را با استفاده از معادله 6- 58 یا 6- 59 بدست آورد.

پوشش کم عمق تحت بار وسایل نقلیه

در روش نصب استاندارد فرض می شود که لوله بیشتر بصورت ساختار »غشایی « رفتار می کند، به این معنا که لوله تقریباً بطور کامل انعطاف پذیر است و مقاومت اندکی در برابر خمیدگی از خود نشان می دهد. رفتار غشایی در پوشش های کم عمق، بخصوص آن هایی که کمتر از یک قطر لوله عمق دارند، بطور کامل بوجود نمی آید و سربارها و بارهای زنده باعث اعمال بار خمشی به تاج لوله می شوند. در چنین شرایطی، سفتی پیچشی 1 لوله بخشی از بار را جذب می کند و مانع از فرورفتن تاج لوله بسمت داخل تحت اثر بار می شود. در معادله -6 62 که توسط واتکینز ( 14 ) منتشر شده است، مقدار فشار خاک که توسط سفتی پیچشی لوله (مقاومت خمشی 2) و نگه دارندگی خاک می تواند در تاج لوله تحمل شود، محاسبه می شود. طراح علاوه بر بررسی فرمول واتکینز، باید میزان خمش را با استفاده از معادله 6- 53 یا -6 54 محاسبه کند، همچنین طراح باید تنش فشاری دیواره لوله را با استفاده از معادله 6- 56 یا 6- 57 و اعوجاج دیواره لوله را با استفاده از معادله 6- 58 یا 6- 59 بدست آورد.

همچنان با شرکت توسن صنعت آپادانا تولیدکننده و ارائه کننده انواع لوله های پلی اتیلن، لوله آبیاری، نوار آبیاری و لوله دریپردار همراه باشید.

استفاده از معادله واتکینز فقط در مواقعی توصیه می شود که عمق پوشش بیش از نصف قطر لوله است و لوله در عمق حداقل 18 اینچی زیر سطح جاده نصب شده است. به عبارت دیگر، توصیه می شود که همیشه لوله صرفنظر از قطرش، حداقل 18 اینچ زیر سطح جاده نصب شود، در مکانی که بارهای زنده در آن حضور دارند؛ اعماق بیشتر ممکن است بسته به خواص لوله و شرایط نصب، ضرورت داشته باشند. در برخی موارد که در آن ها از بتن مسلح یا سنگفرش هایی از بتن مسلح بر روی لوله استفاده شده است، می توان از عمق پوشش کمتری استفاده کرد. از معادله 6- 62 می توان هم در لوله های پروفیلی و هم در لوله های DR استفاده کرد. تعریف «A» را در زیر ببینید.

که در آن:

w = وزن واحد حجم خاک، lb/ft3

DO = قطر خارجی لوله، اینچ

H = عمق پوشش، فوت

I = گشتاور ماند یا ممان دوم دیواره لوله ( 12 / t3 برای لوله های in4/in ،(DR

A = میانگین مساحت سطح مقطع لوله های پروفیلی ( in2/in ) و یا ضخامت دیواره در لوله های (in) DR

(مساحت پروفیل را از کارخانه سازنده لوله پروفیلی بدست آورید)

C = فاصله فیبر خارجی تا مرکز ثقل، اینچ

Hp – z = C برای لوله های پروفیلی و c = 0/5 t برای لوله های DR ، اینچ

Hp = ارتفاع دیواره پروفیلی، اینچ

z = مرکز ثقل دیواره لوله، اینچ

SMAT = استحکام تسلیم 1 ماده، lb/in2 ، برای ماده PE3480 از 3000 psi استفاده کنید.

NS = فاکتور ایمنی

K = تابع ضریب فشار خاک

f = زاویه اصطکاک داخلی، درجه

 

معادله 6- 62 برای باری نقطه ای است که به تاج لوله وارد می شود. بار حاصل از چرخ وسایل نقلیه باید با استفاده از روش بار نقطه ای داده شده توسط معادله 6- 45 (تیموشنکو) یا 6- 47 (بوسینسک) محاسبه شوند.

وقتی که لوله ای زیر یک پوشش کم عمق در زیر سطحی سنگفرش نشده قرار می گیرد، ممکن است در اثر عبور چرخ خودروها، چاله هایی ایجاد شوند که نه تنها عمق پوشش را کاهش می دهند، بلکه فاکتور ضربه را هم افزایش می دهند.

 

مثال پوشش کم عمق

فاکتور ایمنی در برابر شکست پیچشی 2 لوله پروفیلی 36 اینچی با مشخصات RSC 100 F894 که در بستر خاکی و در عمق 0/ 3فوتی زیر چرخ یک کامیون H20 قرار دارد را محاسبه کنید. سطحی آسفالت با مواد پر کننده گرانولی (دانه ای) را در نظر بگیرید.

راه حل: فشار بار زنده ای که بر تاج لوله وارد می شود را می توان با استفاده از معادله 6- 47 ، معادله بار نقطه ای بوسینسک، بدست آورد. با پوششی 3 فوتی، حداکثر فشار بار زنده مستقیماً زیر یک چرخ بوجود می آید و برابر است با:

که در آن:

2/0 = If

16،000 = W پوند

3/0 = H فوت

120 pcf = w

فشار بار زنده باید با حاصل معادله 6- 62 مقایسه شود. پارامترهای زیر برای حل معادله 6- 62 مورد نیاز هستند:

0/171 in4/in = I

0/470 in2/in = A

2/02 in = Hp (ارتفاع دیواره پروفیلی)

40/04 in = 2/02 ×2 + 36/00 = DI + 2h = DO

0/58 in = Z

1/44 in = h – z = C

3000 psi = S

30 = f درجه

ضریب فشار زمین را محاسبه کنید:

فشار بار زنده لازم برای شکست برابر است با:

 

فاکتور ایمنی نهایی برابر است با:

محدودیت های عملکردی لوله هایی که در خاکریز عمیق نصب می شوند، همانند سایر لوله های مدفون است. این محدودیت ها عبارت اند از:

1. اعمال تنش فشاری حلقوی

2. خمش حلقوی

3. اعوجاج دیواره لوله مهار شده

توضیح روش انجام محاسبات لازم در نصب لوله در خاکریزهای عمیق، شامل مقدمه ای بر روال اقدامات لازم در طراحی برای منظور کردن هر یک از محدودیت های عملکردی است که با آنچه قبلاً در این مورد گفته شد، تفاوت دارد.

تنش فشاری حلقوی با استفاده از کمانش خاک محاسبه می گردد. محاسبات کمانش را می توان در طراحی لوله های پروفیلی برای نصب در ترانشه های استاندارد نیز بکار برد زیرا لوله های پروفیلی، لوله هایی با سفتی نسبتاً کمی هستند که کمانش آن ها در پوشش کم عمق هم بوجود می آید.

همانطور که در این فصل گفته شد، استفاده از معادله اسپنگلر از عمق حدودا 50 فوت به بعد دیگر عملی نیست، چرا که در این معادله از کاهش قابل توجه بار در اثر کمانش لوله و سفتی ذاتی ماده پر کننده، و همچنین افزایش E΄ به دلیل افزایش فشار جانبی زمین وارد بر مواد پرکننده، چشم پوشی شده است (این دو کمیت از عمق 50 فوت به بعد مقدار چشم گیری دارند و قابل چشم پوشی نیستند). در این بخش، معادله دیگری برای محاسبه خمش لوله های پلی اتیلن ارائه می شود. این معادله اولین بار توسط واتکینز و همکاران ( 1) برای لوله های فلزی ارائه شد، اما بعدها گاوب 1 کاربرد آن را به لوله های پلی اتیلن تعمیم داد ( 15 ).

به کاربردن معادله لاشر (معادلات 6- 58 و 6- 59 ) برای خاکریزهای عمیق مکان های با خاک خشک، بیش از اندازه محافظه کارانه است، زیرا در این معادله یک نیروی شعاعی از طرف آب زیرزمینی یا خلأ متصور است. مور و سلیژ ( 17 ) معادله اعوجاج لوله مهار نشده ای را توسعه دادند که برای لوله های نصب شده در خاک خشک مناسب بود. این معادله در بخش بعد ارائه شده است.

در طراحی لوله های مدفون در عمق باید توجهی ویژه بکار رود، زیرا شکستگی آن ها می تواند باعث از بین رفتن شیب سازه های زمینی یا فرو ریختن انباشته های مواد مختلف، یا تأثیرات منفی زیست محیطی و اقتصادی شود. در چنین مواردی، از روش هایی دیگری ضمن آنچه در این فصل اشاره شد استفاده می شود، برای مثال روش آزمون میدانی یا آنالیز المان های محدود.