ما هو تسييل التربة أسفل قواعد البايلات الخرسانية؟
التسييل هو ظاهرة تتقوى فيها التربة الرخوة المشبعة مثل الطمي الرملي السائب والتربة الرملية الرخوة بشكل كبير. حيث أنه هناك اختبارات مثل اختبار الاختراق القياسي واختبار الاختراق المخروطي لتحديد ما إذا كان من المتوقع أن تعاني تربة معينة من التميع أم لا.
لا يزال الأداء الضعيف لقواعد البايلات الخرسانية في التربة القابلة للإسالة بعد الزلازل الكبرى مصدر قلق كبير لمجتمع هندسة الزلازل. حيث يعتبر الفهم الحالي لفشل البايلات الخرسانية في التربة القابلة للإسالة أن الانحناء أو الالتواء هو سبب محتمل للفشل.
ومع ذلك، في الواقع تتفاعل الآليتان. ومن ثم، فإنّ قواعد البايلات الخرسانية المصممة بهذه الآليات بشكل منفصل قد تصبح غير متحفظة عندما تتفاعل الآليات. حيث تقارن هذه المقالة، تناقض بين النظريتين المعقولتين حول فشل البايلات الخرسانية في التربة القابلة للتسييل في ظل الظروف الزلزالية.
يتم إجراء تحليل مفصل لقواعد البايلات الخرسانية تحت الحمل الرأسي والحمل الجانبي بشكل منفصل ثم يتم تحليل سلوك الكومة من خلال تطبيق الأحمال في وقت واحد.
فيما يلي تأثيرات التميع على قواعد البايلات الخرسانية التي سيتم مناقشتها بالتفصيل:
- التواء البايلات الخرسانية في التربة القابلة لِلإسالة.
- الانتشار الجانبي للأرض المنحدرة.
1. التواء البايلات الخرسانية في التربة القابلة للإسالة:
تعتبر البايلات الخرسانية عنصرًا طويلًا إلى حد كبير وتوفر التربة المحيطة بها دعمًا ممتازًا. ومع ذلك، إذا كانت التربة ناعمة والحمل المدعوم كبيرًا، فمن المحتمل أن البايلات الخرسانية ستلتوي.
يجب أن يكون معروفًا أن التواء البايلات الخرسانية ليس شائعًا ويجب تلبية الشروط المذكورة أعلاه حتى يعاني البايل من الالتواء.
عادةً ما تحمل البايلات الخرسانية الأحمال من خلال احتكاك الجلد والقدرة الأساسية. حيث يتم إنشاء الأول عن طريق الضغط الأفقي حول مساحة سطح البايل. كما يعمل الضغط الأفقي بشكل مشابه للدعامة ذات التباعد الأصغر وبالتالي يتم إنشاء دعم جانبي.
عندما تتأثر التربة حول البايلات الخرسانية بسبب الزلزال، فإنّ فقدان الدعم الجانبي يكون محتملاً للغاية وبالتالي لن يحدث احتكاك بالجلد. بناءً على توصية الكودات الأوروبية، يجب تجاهل قوة التربة المسيلة.
لذلك، من المحتمل جدًا أن يحدث التواء للبايلات الخرسانية عندما يتم دعم الأحمال المحورية الكبيرة ويفقد الدعم الجانبي بسبب تسييل التربة.
من المتوقع أن تلتف البايلات الخرسانية إذا تم تثبيت إصبع القاعدة في قاعدة صخرية وكان الحمل المحوري الذي تدعمه البايل كبيرًا إلى حد كبير مقارنة بحمل أويلر الملتوي لعمود مكافئ.
يُفترض أن تكون البايلات الخرسانية عرضة للانحناء ما لم يكن حمل التصميم المحسوب أصغر من حمولة أويلر بمعامل خمسة. كما يمكن استخدام معادلة أويلر بشرط أن البايلات الخرسانية لا تحتوي على عيوب وأن الحمل يعمل بالكامل على مركز البايل.
إذا لم يتم استيفاء هذا الشرط، فسوف ينخفض الحمل المحسوب بشكل كبير. وهذا هو السبب في وجود عامل كبير بين الحمل التصميمي للبايلات وحمل أويلر للالتواء. كما أن نسبة النحافة، التي تساوي الطول المكافئ مقسومًا على نصف قطر الدوران، هي مؤشر آخر يمكن من خلاله تحديد التواء البايلات الخرسانية المحتمل.
إذا كان من المتوقع أن تتسرب التربة حول البايلات الخرسانية، فيمكن استخدام نسبة النحافة للتحقق من إمكانية الانقلاب. وإذا كانت نسبة النحافة أكبر من 50، فإنّ مجازفة البايل ممكن للغاية بينما يُفترض أن تكون البايلات الخرسانية آمنة في الحالة التي تكون فيها نسبة النحافة أقل من 50.
2. الانتشار الجانبي للأرض المنحدرة:
تسمى حركة التربة في الاتجاه الهابط بعد تسييل التربة بسبب اهتزاز الزلزال بالانتشار الجانبي. حيث يخلق هذا الانتشار الجانبي قوة جانبية كبيرة بسبب الضغط السلبي الناتج عن إسفين التربة في الجانب العلوي من المنحدر.
تستخدم الأكوام كوسيلة لتحقيق الاستقرار عند المصب للسدود الترابية. حيث تحتاج هذه البايلات الخرسانية عادةً إلى تحمل القوى الجانبية الكبيرة الناتجة عن الضغط السلبي للتربة بينما يعاني المنحدر بأكمله من الانتشار الجانبي.
تم الإبلاغ عن أن المنحدرات التي لا تقل عن 3 درجات ممكنة للغاية لتجربة الانتشار الجانبي بعد تسييل التربة. وذلك لأن التربة المسيلة لا تتمتع بمقاومة قص كافية.
يجب معرفة أن الانتشار الجانبي يكون عادة في حدود عدة أمتار وهو ما يكفي لتوليد ضغط أرضي سلبي كبير. وقد يكون وضع الانتشار الجانبي أسوأ عندما تكون طبقة التربة غير المسيلة متاحة فوق الطبقة المسيلة، خاصة عندما تتسبب هذه الطبقة في احتفاظ الطبقة المسيلة بضغط الماء المسامي الزائد لفترة أطول.
عندما تتحرك طبقة التربة غير المسيلة على الطبقة السائلة بشكل جانبي، فإنّ الحمل الجانبي الذي يمارس على البايلات الخرسانية سيزداد. وقد تتحكم طبقة التربة غير المسيلة في إجمالي الأحمال المفروضة وتكون الأحمال الجانبية بسبب التربة المسيلة صغيرة.
