تـأثيـر المسطـاح علـى إتــزان المنشــآت

الكلية الهندسة
القسم الهندسة المدنية (ميكانيكا التربة والاساسات)
اسم الطالب يـوسـف جمعـه يـوسـف مـرسـي
الدرجة الماجستير
منح الدرجة 2003
لجنة الإشراف أ.د/ عمــاد الدين محمـود شعـراوي ( مشرفًا رئيسيًا)
د./ محمـود شريف عادل عبد الباقي ( مشرفًا مشاركًا)
عنوان الرسالة تـأثيـر المسطـاح علـى إتــزان المنشــآت الســانـدة

ملخص الرسالة

تعتبر الحوائط الكابولية الساندة من أكثر المنشآت الساندة استخدامًا في أعمال سند التربة ولكن استخدام هذا النوع من الحوائط يكون غير اقتصادي عند زيادة الارتفاع الحر للحائط نتيجة للزيادة الكبيرة في عمق الحائط تحت سطح الأرض وزيادة عزوم الانحناء على الحائط مما يؤدي إلى زيادة أبعاد القطاعات المطلوبة لعمل الحائط ولذلك يتم استخدام بعض الوسائل لزيادة اتزان الحائط وبالتالي تقليل عزوم الانحناء عليها ومن هذه الوسائل الشدادت والسندات المائلة وغيرها. ولكن هذه الوسائل تحتاج إلى تكنولوجيا عالية في تنفيذها بالإضافة إلى تكلفتها العالية. مما أدي إلى محاولة البحث عن وسائل أقل تكلفة وأسهل تنفيذًا في الموقع خصوصًا إذا كان سيتم إزالتها في مراحل التنفيذ المتتالية.

ولذلك ظهر استخدام المسطاح الجانبي وهذا المسطاح يؤدى إلى زيادة اتزان الحائط الكابولي وتقليل عزوم الانحناء وبالتالي تقليل التكلفة الإجمالية للحائط وخصوصًا أن هذا الحائط الكابولية تستخدم غالبًا في الأعمال المؤقتة حيث يمككن بعد ذلك إزالة المسطاح الجانبي ومن الجدير بالذكر أن تكلفة تنفيذ المسطاح وأزالته في نهاية الأعمال لا أقل بكثير من استخدام نظام أخر يساعد على الاتزان مثل الشدادت أو السندات.

وتظهر الصعوبة في استخدام المسطاح الجانبي مع الحوائط الكابولية في عدم وجود طريقة واضحة ودقيقة لتقييم تأثير المسطاح على تقليل العزوم وافزاحة الحادثة للحائط في حالة وجوده. ويعتمد تأثير المسطاح على أبعاده وتتمثل هذه الأبعاد في الارتفاع والعرض العلوي والميل الجانبي للمسطاح.

وقد وضعت بعض الطرق التقريبية لتقدير تأثير المسطاح على اتزان الحوائط الكابولية وتعتمد هذه الطرق على تحويل المسطاح إلى ارتفاع مكافئ يتم زيادة عمق الحائط الكابولي بقيمته أو تقدير تأثير المسطاح على اتزان الحائط باستخدام طريقة المحروط التجزيئي لتقدير قيمة الضغط الجانبي السلبي على الحائط ثم إجراء تحليلاً للحائط بواسطة الطريقة البريطانية أو الطريقة الأمريكية. واستخدام الطرق التقريبية لم تحقق مدي دقته حتى الآن حيث لا توجد أسس نظرية لهذه الطرق. اما استخدام طريقة المخروط التجزئي فيحتاج إلى تحديد سطح الانهيار بدقة ثم دراسة اتزان مخروط الانهيار وهذا غير متاح عمليًا بسهولة. بالإضافة أن جميع الطرق السابقة لا تعطي أى معلومات عن تأثير المسطاح في تقليل الإزاحة الناتجة للحائط ومن المعروف أن معرفة الإزاحة له تأثير كبير على اتزان المنشآت المجاورة لموقع الحفر.

وفي الرسالة تم دراسة اتزان الحائط في وجود المسطاح بواسطة برنامج تحليلي (PLAXIS) وهذا البرنامج يعتمد على نظرية العناصر المحددة وقد أجري هذا البحث على التربة غير المتماسكة ( الرمال) وذلك باختيار خمسة مجموعات من التربة الرملية تختلف في خواصها وقسمت التربة على أساس زاوية الاحتكاك الداخلي لها وقدرت قيمة معامل المرونة لكل مجموعة من المعلومات المتاحة سابقًا. وقد استخدام نموذج التربة

وبعد إجراء التحليل للحوائط الكابولية في حالة وجود المسطاح وفي عدم وجوده وعمل مقارنة بين النتائج ومن هذه النتائج تم الحصول على:

1. معامل تقليل العزوم: وهو عبارة عن النسبة بين العزم الأقصى على الحائط وفي حالة وجود المسطاح إلى العزم الأقصى على الحائط في حالة عدم وجود المسطاح.

2. معامل تقليل الإزاحة: وهو عبارة عن النسبة بين الإزاحة الأفقية للنقطة العلوية من الحائط في حالة وجود المسطاح إلى الإزاحة الأفقية للنقطة نفسها في حالة عدم وجود المسطاح.

3. معامل ارتفاع المكافئ لعزوم الانحناء: هو عبارة عن النسبة بين الزيادة في عمق الحائط التى تعطي نفس تأثير وجود المسطاح الجانبي على تقليل الانحناء إلى الارتفاع الحر للحائط.

4. معامل الارتفاع المكافئ للإزاحة: وهو عبارة عن النسبة بين الزيادة في عمق الحائط التي تعطي نفس تأثير وجود المسطاح الجانبي على تقليل الإزاحة الأفقية للنقطة نفسها من الحائط إلى الارتفاع الحر للحائط.

وقد تم رسم منحنيات بسيطة الاستخدام لكل مجموعة من التربة تعطي العلاقة بين نسبة ارتفاع المسطاح إلى الارتفاع الحر للحائط والمعاملات السابق تعريفها. وهذه المنحنيات التى توضح هذه العلاقات للمجوعة الأولى معطاة في الباب الخامس ، أما نتائج ومنحنيات المجموعات الأربعة المتبقية فتظهر في الملحقات في نهاية البحث.

وفي الباب السادس من البحث تم إجراء تحليل للحوائط الكابولية وفي وجود المسطاح الجانبي باستخدام نظرية الاتزان الحدي ( اللدونة) لحساب ضغط التربة على الحائط مع اعتبار أحد الطريقتين التقريبتين لاعتبار تأثير المسطاح.

وحتى يمكن إجراء هذا التحليل لعدد كبير من الحوائط ذات ارلاتفاعات مختلفة وفي وجود مسطاح جانبي مع تغيير أبعاد المسطاح الجانبي لتقدير تأثيرها فق تم عمل عدد (6) برامج كمبيوتر باستخدام لغة الفور تران77 وهذه البرامج تم وضعها في الملحق رقم (2) والجدول التالى يوضح الأساس المبني عليها كل برنامج في حساب ضغط التربة وفي تقدير اتزان الحائط وتقدير عزوم الانحناء على الحائط:

مسلس اسم البرنامج اعتبار تأثير المسطاح طريقة تحليل الحائط
1 البرنامج الأول الطريقة التقريبية الأولى الطريقة الأمريكية
2 البرنامج الثاني الطريقة التقريبية الثانية الطريقة الأمريكية
3 البرنامج الثالث الطريقة التقريبية الأولى الطريقة البريطانية
4 البرنامج الرابع الطريقة التقربية الثانية الطريقة البريطانية
5 البرنامج الخامس طريقة المخروط التكراري الطريقة الأمريكية
6 البرنامج السادس طريقة المخروط التكراري الطريقة البريطانية

وفي نهاية الباب تم مقارنة طرق حساب اتزان الحوائط بواسطة الاتزان الجدي مع اعتبار تأثير المسطاح بالطرق التقريبية وبطريقة المخروط التجريبي وقد ظهر من هذه المقارنة أن الطريقة التقريبية الأولى أكثر تحفظًا من الطريقة الثانية ومع ذلك الطريقتان أكثر تحفظًا من اعتبار المسطاح بواسطة المخروط التجريبي وقد تم عمل معاملات تصحيح للطرق التقريبية لتعطي نتائج قريبة من طريقة المخروط التجريبي التي تتفق نتائجها بصورة جيدة مع النتائج التحليلية من البرنامج المستخدم.

والباب السابعيشمل إجراء بعض التجارب على نموذج لحائط كابولي مصنوع من الصلب والهدف من هذه التجارب هو التأكيد على النتائج التي تم الحصول عليها بواسطة البرنامج التحليلي وقد تم عمل وعاء له ثلاثة أوجه من الحديد والوجه الرابع مصنوع من الزجاج حتى يمكن تشكيل المسطاح الجانبي بسهولة.

وقد أجريت التجارب على عينات من الرمل السلسي النظيف المار من منخل رقم 13 (1.003مم) والمحجوز على تجارب التحليل بالمناخل ومحتوى الرطوبة وتعيين النسبة القصوى للفراغات والنسبة الدنيا للفراغات لعينات الرمل المستخدمة في الاختبار. وفي هذا الاختبار تم تعيين الإزاحة الأفقية العلوية من نموذج الحائط وتم مقارنة النتائج بعمل حل لهذا النموذج باستخدام برنامج (Plaxis) .

وفي الباب الثامن تم تلخيص النتائج التي تم الحصول عليها وتشمل :

1- إمكانية حساب تأثير وجود مسطاح جانبي على قيمة عزوم الانحناء على الحائط الكابولي للتربة الرملية بمعلومية زاوية الاحتكاك وأبعاد المسطاح الجانبي وباستخدام المنحنيات المرفقة.

2- حساب تأثير وجود مسطاح جانبي على قيمة الإزاحة الأفقية للنقطة العلوية من الحائط الكابولي عن طريق استخدام المنحنيات المرفقة.

3- استخدام طريقة التحليل بواسطة المخروط التكراري وبفرض توزيع خطي لضغط التربة السلبي يعطي نتائج قريبة من النتائج التحليلية.

4- استخدام الطرق التقريبية يعطى نتائج للعزوم أكبر من النتائج التحليلية ولذلك فإن استخدام هذه الطرق في المشروعات الكبيرة يكون غير اقتصادي.

5- الطريقة التقريبية الثانية تعطي نتائج أقرب إلى التحليلية أكثر من الطريقة الأولى.

6- في حالة استخدام الطرق التقريبية أو طريقة المخروط التجريبي فأنه بفصل استخدام الطريقة الأمريكية في تقدير عزوم الانحناء على قطاع الحائط الكابولي لأن النتائج تكون أقرب إلى النتائج التحليلية.

7- في حالة استخدام الطرق التقريبية يمكن استخدام معاملات التصحيح المقترحة لقليل عزوم الانحناء الناتجة على القطاع وبذلك يمكن الحصول على نتائج أكثر دقة.

8- يمكن استخدام برنامج الفورتران لتقدير تأثير المسطاح وحساب عزوم الانحناء على الحوائط الكابولية باستخدام الطرق التقريبية المختلفة أو باستخدام طريقة المخروط التكراري مع استخدام الطريقة الأمريكية أو البريطانية.

وفي نهاية الباب الثامن هناك بعض الاقتراحات البحثية وتشمل :

1- تحليل تأثير وجود المسطاح على التربة المتماسكة.

2- تحليل تأثير وجود المسطاح على التربة الرملية لحوائط بأعماق مختلفة.

3- تحليل تأثير وجود المسطاح الجانبي على الحوائط ذات الشدادت الجانبية في التربة المتماسكة أو غير المتماسكة.

4- تحليل تأثير وجود المسطاح الجانبي على الإزاحة الرأسية الناتجة لسطح التربة خلف الحائط الكابولي.

5- يمكن عمل تحليل للتربة الرملية باستخدام نموذج أخر لتمثيل العلاقة بين الاجهاد والانفعال للتربة الرملية غير المستخدم في البحث وتقدير تأثير ذلك على النتائج.

6- دراسة الجدوى الاقتصادية لاستخدام المسطاح الجانبي على تقليل التكلفة مقارنة بالطرق الأخرى لزيادة الاتزان عن طريق استخدام الشدادات الجانبية أو الشدادات المائلة.

7- عمل نماذج عملية لدراسة توزيع الضغط الجانبي السلبي على الحائط الكابولية في وجود المسطاح الجانبي وتقدير معامل لضغط التربة الجانبي في حالة وجود المسطاح.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]