Engineering Library(کتابخانه انجنیری)

RCc & PCC

طریقه چک نمودن کیفیت سمنت در ساحه

☑️ طبقه‌بندی خاک به روش یونیفاید

طبقه بندی خاک‌ها در روش یونیفاید با توجه به کیفیت و مرغوبیت خاک بستر روسازی انجام می شود. در این روش طبقه بندی خاک با استفاده از حروف سمبلیک انجام می‌شود و هر خاک معمولا با دو حرف مشخص می‌شود. این حروف سمبلیک عبارتند از :
G = شن
S = ماسه
M = لای
C = رس
O = خاک‌های آلی
W = خاک خوب دانه بندی شده
P = خاک بد دانه بندی شده
L = خاک با حد روانی کم
H = خاک با حد روانی زیاد

مثال: CH بیانگر رس با حد روانی زیاد است.
در روش یونیفاید خاک ها به دو دسته ریزدانه و درشت دانه تقسیم می‌شوند. تشخیص خاک‌های آلی با استفاده از رنگ و بوی آن‌ها انجام می‌شود و همچنین رنگ خاک‌های آلی معمولا خاکستری، قهوه‌ای و یا سیاه است.

سمنت چیگونه تولید می‌شود؟
شما درین انیمشن نحوه تولید سمنت را تماشا نماید

https://t.me/EngLibrary0

یک ملی متر باران چقدر آب میشود؟
این سوال را بسیار دوستان پرسیده اند که ما همواره از مقدار بارندگی به ملی متر صحبت می کنیم و می نویسیم که مثلاً روز یکشنبه در کابل احتمال باران تا 50 ملی متر موجود است. این باران چی مقدار آب میشود؟
باران یک ملی متر به این معنی است که در یک ساحه که طول و عرض آن یکسان و یک متر است به عمق یک ملی آب باران جمع گردیده باشد. طوری که در تصویر هم دیده میشود؛ اگر این مقدار را به حجم محاسبه کنیم میشود:
مساحت همین ساحه (1 یک متر ضرب یک متر ) ضرب عمق آب آن ( 1 ملی متر یا 0.001 متر) که در نتیجه میشود:
1mx1mx0.001m=0.001 m3
0.001 متر مکعب یا هم 1 لیتر آب.
بناً اگر 1 ملی متر باران ببارد یعنی در یک متر مربع ساحه یک لیتر باران باریده است.

حال اگر برای تمام کابل با مساحت حدود 1028 کیلومتر مربع؛ 50 ملی متر باران ببارد چی مقدار آب در کابل باریده؟ محاسبه اینرا به شما میمانم.

طریقه آسان: اول مساحت کابل را به متر مربع تبدیل کنید بعد ضرب 50 کنید نتیجه به لیتر بدست میاید.
https://t.me/EngLibrary0

یک ملی متر باران چقدر آب میشود؟
این سوال را بسیار دوستان پرسیده اند که ما همواره از مقدار بارندگی به ملی متر صحبت می کنیم و می نویسیم که مثلاً روز یکشنبه در کابل احتمال باران تا 50 ملی متر موجود است. این باران چی مقدار آب میشود؟
باران یک ملی متر به این معنی است که در یک ساحه که طول و عرض آن یکسان و یک متر است به عمق یک ملی آب باران جمع گردیده باشد. طوری که در تصویر هم دیده میشود؛ اگر این مقدار را به حجم محاسبه کنیم میشود:
مساحت همین ساحه (1 یک متر ضرب یک متر ) ضرب عمق آب آن ( 1 ملی متر یا 0.001 متر) که در نتیجه میشود:
1mx1mx0.001m=0.001 m3
0.001 متر مکعب یا هم 1 لیتر آب.
بناً اگر 1 ملی متر باران ببارد یعنی در یک متر مربع ساحه یک لیتر باران باریده است.

حال اگر برای تمام کابل با مساحت حدود 1028 کیلومتر مربع؛ 50 ملی متر باران ببارد چی مقدار آب در کابل باریده؟ محاسبه اینرا به شما میمانم.

طریقه آسان: اول مساحت کابل را به متر مربع تبدیل کنید بعد ضرب 50 کنید نتیجه به لیتر بدست میاید.

صحت‌سنجی نظریه‌ گالیله در فضا

🔹ارسطو معتقد بود جسم سنگین‌تر با سرعت بیشتر نسبت به جسم سبک، سقوط میکند.

🔹دو هزار سال بعد...
گالیله گفت اگر مقاومت هوا وجود نداشته باشد حتی یک پَر همزمان با جسم سنگین سقوط می‌کند.

🔹400 سال بعد…
فضانوردان آپولو ۱۵ در ماه، یک پَر و چکش را همزمان رها میکنند تا آزمایش گالیله اثبات شود.

https://t.me/EngLibrary0

دریافت وزن مجموعی بند.
Wd = 2400 x16x1/2(8+3) = 211200 kg
=√ (128)2+ (211.2)2 R = √ Fw2 + Wd2 قوه محصله
R = 246.960 Ton
برای دریافت نمودن فاصله AM چنین عمل می نمایم.
AM = a2 + ab + b2 / 3(a+b)
AM = 32 + 3x8 + 82 / 3(3+8) = 2.94 m
X = Fw / Wd (H / 3) = 128 / 211.2 (16 / 3) = 3.32
AK = AM + X = 2.94 + 3.32 = 6.17 m

دریافت فشار یخ :طوریکه در قبل یادآور شدیم که مقدار فشار یخ مساوی است به.
Pice = (2.5 – 15) kg / cm2
که ما در اینجا این قیمت را به طوری اوسط مساوی به 7 kg / cm2 قبول می نمایم ، پس داریم که
Area of dam = (a + b / 2) (H) (1)
Area of dam = (3 + 8 / 2) (16) (1) = 88 m2 = 8800 cm2
Pice = 7 (8800) = 61600 kg/m2
دریافت فشار باد:
فشار باد در بند در ساحه عمل می نماید که بلند تر از سطح آب قرار داشته باشد(free board) بنا" در این مثال چون ارتفاع آب مساوی به ارتفاع بند است لذا فشار باد بالای بند محاسبه نمی گردد.

فشار موج :
برای دریافت فشار موج باید سرعت باد ، ارتفاع موج و فاصله بین دو موج را داشته باشیم و دریافت فکتور های فوق وابسطه به سروی ساحه است که برای حل این مثال تمام قیمت ها فرض شده است که قرار ذیل میــــــــــــــــباشد.
Wind velocity=2km/h = 0.55 m/sec
Distance between two wave = 0.25m (maximum)
پس ارتفاع موج را چنین دریافت مینمایم.
hw = 0.032√ VxF =0.032 √0.55 x0.25 = 0.1375m
Pwave =2.4 Wxhw
Pwave = 2.4 (1000)x0.1375 = 330 kg/m2

دریافت فشار مواد رسوبی :
جهت دریافت فشار مواد رسوبی باید اولا" دیده شود که سطح بند به طرف U/S عمود است یا مایل که در این مثال کاملا" عمود است دراین صورت فشار صرف یک مرکبه دارد که چنین دریافت مگردد.

Total vertical silt pressure = P s (V) = ½ 920h2

فرض مینمایم که ارتفاع اعظمی مواد رسوبی مساوی است به h = 1.2 m .
P s (v) = 920 (1.2)2
P s (v) = 1382.4 kg /m2

دریافت فشار زلزله :
زلزله بزرگترین و خطرناکترین فشار را بالای بند وارد مینماید و باعث تعجیل در قاعده بند میگردد که قرار فرمول ذیل محاسبه می شـــــــــــــود.

PE = 0.555. α.w. h2
α = ae / g

ae: عبارت تعجیل زلزله است که برای تعجیل عمودی قیمت آن ae = 0.015m/sec2 و برای تعجیل افقی قیمت آن ae = 0.15m/sec2 است ، تعجیل افقی زلزله باعث حرکت قاعده بند می گردد که در موقع دیزاین در نظر گرفته شود.
تعجیل عمودی زلزله باعث واژگون شدن و شکست بند می گردد که محاسبات آن ها قرار ذیل است.
بعد از محاسبات قوه ها حالا قیمت تمام قوه ها افقی را جمع الجبری نموده و بعدا" آن را با وزن بند مقایسه مینمایم.

دریافت تعجیل افقی:

α =ae/ g
PE = 0.555 (0.0155) (1000) (16)2
PE =2200 kg/m2

دریافت تعجیل عمودی:α =ae/ g
PE = 0.555 (0.0015) (2400) (16)2
PE =512 kg/m2
قابل ذکر است که قیمت تعجیل افقی زلزله با سایر قوه های افقی جمع میشود ولی قیمت تعجیل عمودی از قیمت وزن بند منفی میگردد.
قوه های زلزله درفاصله 4h / 3π از قاعده بند عمل مینماید.

دریافت قوه اصطحکاک :
ما در این جا ضریب اصطحکاک را (0.5) قبول مکنیم و طوری که قبلا" یاد آور گردیم قوه اصطحکاک مجموعی عبارت است از حاصل ضرب وزن بند و ضریب اصطحکاک.

Total friction force = μ (Wd) = 0.5(211200) = 105600 kg/ m2
نتیجه گیری:بعد از محاسبات فوق باید قوه های دریافت شده عمودی و افقی را با هم جمع الجبری نمایم تا بتوانیم دریابیم که آیا این بند در مقابل همچو قوه ها مقاومت دارد یا خیــــــــــر.

F = (128000+61600+330+1382.4+2200) - 105600 ∑ مجموع قوه های افقی
= 87912.4 kg/ m2
F= (211200-512) = 210688 kg/ m2 ∑مجموع قوه های عمودی
پس داریم که:
Total weight of dam ∑ Total horizontal force< ∑
87912.4<210688 than safe

کاپی

4 .فشار باد: Wind pressure این قوه یا فشار تنها به آن حصه بند وارد میشود که که بالاتر ازسطح آب قرار دارد (Freeboard).
قوه باد چون در مساحت کم عمل مینماید بنا" بسیار کم است با آن هم باید در موقع دیزاین در نظر گرفته شود و به
صورت عموم قوه باد در افغانستان در حدود 100-150 kg/m2) ) در نظر گرفته میـــــــــشود.
5 .فشار موج : Wave pressure
موج آب از اثر وزش باد در سطح ذخیره بند تولید میشود که سبب فشار بالای بند میگردد و این فشار
ارتباط مستقیم به ارتفاع موج دارد و ارتفاع موج را از فرمول ذیل دریافت مینمایم.
hw = 0.032√ v.d
در فرمول فوق
• hw عبارت از ارتفاع موج.
• V عبارت ازسرعت باد که مساوی است به 32 km.
• d عبارت از فاصله بین دو موج.

فشار موج را از فرمول ذیل دریافت میـــــــــنمایم.
Pw = 2.4Wxhw
در فرمول فوق
• Pw عبارت از فشار موج
• W عبارت از وزن آب
• hw عبارت از ارتفاع موج مباشد.
محاسبات و تجارب نشان داده است که که این فشار در1/8 حصه ارتفاع موج (hw) از بالای آب عمل مینماید.

.6فشـــار مواد رسوبی: Silt pressure
مواد که در فرش و یا در عقب بدنه بند رسوب مینماید نیز بالای بند فشار وارد مینماید که از فرمول ذیل محاسبه میشود.
Psilt = ½ δh2 (1-sinφ/ 1-cosφ)
در فرمول فوق
• Psilt فشار مواد رسوبی
• δ وزن مخصوصه مواد رسوبی
• h ارتفاع مواد رسوبی
• φ زاویه داخلی اصطحکاک میباشد.
در صورت که U/S به شکل مایل اعمار شده باشد در آن صورت این فشار دو مرکبه عمودی و افقی دارد که برای فشار افقی δ = 360 kg/m3 و برای فشار عمودی = 920 kg/m3 δ در نظر گرفته میشود و قرار فرمول های ذیل محاسبه میگــــــــردد.
Total horizontal silt pressure = Ps (H) = ½ 360h2
Total vertical silt pressure = P s (V) = ½ 920h2

7. فشار زلزله بالای بند : Earthquake pressure
زلزله باعث امواج در قشر زمین گردیده و این امواج زلزله به تهداب بند تعجیل Acceleration میدهد که سبب حرکت تهداب بند میـــــــــــگردد.
بخاطریکه از تخریب بند جلوگیری شده باشد تهداب بند نیز باید به سمت حرکت زلزله حرکت نماید و تعجیل که به بند وارد میشود باعث تولید قوه انرشیا و تشنج در جسم بند می گردد و سبب بوجود آمدن ستــــــرس در طبقات پائین و تدریجا" در تمام جســـــم بند می شود.
امواج زلزله به تمام اطراف بند عمل مینماید اما در محاسبات و دیزاین صرف دو مرکبه افقی و عمودی قابل تحلیل و تجزیه است.
شدت زلزله مربوط به زون های آن میشود و قبل از هر نوع عمل باید در موقع سروی بند زون زلزله نیز مشخص گردد.
قابل تذکر است که تعجیل افقی باید است که در وقت دیزاین در نظر گرفته شود چون از عقب به طرف جلو بالای بند قوه وارد مینماید یعنی قوه داینامیکی تولید میــــــــــــــــکند.

برای دریافت فشار افقی زلزله فرمول ذیل ارئیه گردیده است.
PE = 0.555. α. δ.w. h2
در فرمول فوق
• α عبارت ازنسبت بین تعجیل زلزله و تعجیل زمین
• δ عبارت از وزن حجمی مواد بند
• h ارتفاع بند
• W وزن خود بند

حالات پایـــداری (استواری) بــنــــد:
نقطه که محصله قوه ها از آن عبور می نماید در بند ها دارای اهمیت خاص بوده و به ماکمک مینماید تا حالت
استواری بند را تعین نمایم.
1. برای این که بند در مقابل چپه شدن overturning استوار باشد باید نقطه تقاطع قوه محصله در ساحه محدوده اساس base واقع باشد.
2. به منظور جلوگیری از تشنج کششی در قاعده یا اساس بند قوه محصله باید ازنصف سوم حصه اساس عبور نماید.
3. فشار در اساس بند نباید از فشار مجازی ساحه مربوط اضافه باشد.
4. به منظور جلوگیری از لغزش sliding باید قوه اعظمی اصطحکاک بزرگتر از قوه های افقی باشد. قوه اعظمی اصطحکاک مساوی است به حاصل ضرب وزن بند (W) و ضریب اصطحکاک (μ) .
Μ - عبارت از ضریب اصطحکاک اساس یا قاعده است که از کتاب های مربوطه اخذ میگردد و یا
مستقیما" در ساحه تعین مــــــــــــــی شود.

مثـــــــــال : یک بند کانکریتی مقطع ذوذنقه را مد نظر می گریم که ارتفاع آن H=16m بوده و ارتفاع آب در آن h=16m باشد. عرض بند در قاعده B=8m و در قسمت بالای b=3m است.
قوه محصله و نقطه تقاطع آنرا با اساس دریابید وزن حجمی مواد بند WM = 2400 kg/m3 وزن
حجمی آب ww = 1000kg/m3 میباشــــــــــد؟

حـــل :

دریافت فشار آب در فی متر طول بند.
Fw = WW (H) 2 / 2 = 1000 (16)2 / 2 = 128000 kg/m2

حــــل:
برای M-200ثابت های قبول شده دیزاین قرار ذیل می باشد.
δcbc=70kg/cm2, m=13,
برای سیخ های به سمت آب داریم که .
δst=1000kg/cm2, k=0.466, j=0.841: R=14
برای سیخ ها به سمت دیگر داریم که.
St=1250kg/cm2, k=0.421, j=0.86: R=12.66 δ

پروسه دیزاین دیوار های عمودی:
B.M=wH3/6 =1000(2.3)3/6 =2028 kg-m
برای دریافت ارتفاع فعال از فرمول ذیل استفاده مینمایم.
Eff.depth=√ B.Mx100/Rx100

Eff.depth=√2028x100/14x100 =12cm
قابل تــذکر است که دیوار های کناری به شکل گادر دیزاین میگردد که وایه آنها 8m میباشد وبرای دریافت ضخامت آن از فرمول ذیل استفاده مینمایم.
Minimum thickness= span/30 = 800/30=27cm
Minimum thickness=27-5(cover) =22cm
Ast=B.Mx100/ δst x j xdمساحت سیخ

B.M---Bending Moment
δ st ---1000kg/cm2
j------- Constant
d------ Thickness of side walls
Ast= 2028x100/1000x0.841x22 = 10.96cm2

بنا بر محاسبات فوق سیخ های 12mm که مساحت مقطع آن 1.13cm2 میشود استـــــفاده مینمایم.

فاصله بین سیخ ها را چنــــــــین دریافت میـــــداریم.
Spacing = 100x1.13/10.96=10.30 cm

Ǿ12mm@10cm c/c
تجـــربه نشان داده است که 25% کل ضخامت دیوار را مساحت سیخ ها ی ساختمانی تشکیل میدهد پس داریم که.
25/100x27=6.75 cm2
برای هر دیوار قیمت به دست آمده را تقســــــــــــــــــــــــــــیم عدد 2 مینمایم پس.
6.75/2=3.4cm2
نظر به محاسبات سیخ ها ی قطــــر 8mm که مساحت کلی مقطع آنها 6.75cm2 میشود استفاده مینمایم و فاصله بین سیخ ها را چون قبل دریافت مینمایم.
مساحت سیخ 8mm
Spacing=100x0.502/3.4=14cm
دیزاین سلب افـــــقی

ضخامت سلب را مساوی به 30cm انتخاب می نمایـــــــــــــــــم و بعدا" وایه فعال ،فشار آب و وزن خود سلـــــــــب را را در فی متر سلب چنین دریافت مینمایـــــــــــــــــم.
Effective span of slab=5+0.27=5.27m
Load of water per sq.m of slab=2.3x1000=2300kg
Self weight per sq.m of slab=1x1x0.3x2400=720kg

Total load (P) =3020kg
حالا تاسیر فشار آب را بالای دیوار های عمودی قرار ذیل دریافت مینمایم.
Pw = wH2/2 = 1000(2.3)2/2=2645 kg

مومنت اتکـــــــــایی را چنین محــاســـبه میشود.
Fixing moment at the end of slab = Pw (H/3+0.15)
Fixing moment at the end of slab = 2645(2.3/3+0.15) = 2425 kg-m
دریافت مومنت اعظمی در مرکز سلب را محاسبـــــــــه مینمایم.
Mmax = PL2/8 = 3020(5.27)2/8 = 10484 kg-m
مومنت خالــــص مساوی است به.
Net B.M at the center of slab = Mmax - Fixing moment at the end of slab
Net B.M at the center of slab = 10484 – 2425 = 8059 kg-m

قابل ذکر است که سلب باید برای همین مومنت دریافت شده فوق (8059 kg-m) دیزاین گـــــــردد.
از قبل داریم که:
δst = 1250, R = 12.66
پس ارتفاع فعال و حقیقی سلب را چنین دریافت می نمایم.

Effective depth of slab = √ Mnet x 100/ R x 100
Effective depth of slab = √ 8059 x 100/ 12.66 x 100 = 25cm
از این رو ارتفاع سلب را با در نظر داشت 5 cm (cover ( مساوی به 30 cm قبول می نمایم و بنا بر محاسبات انجام شده فوق مساحت سیخ گول را چنین محاسبه مینمایم.
Ast = Mnet x 100/ δst x 0.86 x d slab = 30 cm2
Ast = 30 cm2
پس نظر به محاسبات فوق الذکر و محاسبات مساحت داریم که.

Ǿ 20mm bars (A Ǿ = 3.14 cm2)
فاصله بین سیخ ها را دریافت مینمایم.
Spacing = A Ǿ x 100/ Ast
Spacing = 3.14 x 100/30 = 10.47 cm say 10 cm
Ǿ 20mm bars @ 10 cm C/C
دریافت مساحت سیخ های که در نزدیک اتکا ها برای سلب ضرورت است.
Ast = Fixing moment at the end of slab x 100/ Ww x 0.842 x d slab
Ast = 2425 x 100/ 1000 x 0.842 x 25 = 11.53 cm2

چون Ast (Mnet)>Ast (F.E.M) است لذا باید سیخ ها را در L/5 از اتکــــا به طرف مرکز قات (Bent) نمایـــــــــم. (در شکـــــل نشان داده شـــده است).
مساحت سیخ های ساختمانی در اتکــا ها مساوی به 24% مساحت مجموعی سیخ های اصلی در مرکز سلب است که قرار ذیل محاسبه میشود.
30/ 100 x 0.24 = 7.2 cm2
چون مساحت را دریافت نمودیم پس میتوانیم که سیخ مورد نظر را انتخاب نمایم که در اینجا از سیخ
Ǿ 8mm bars استفاده مینمایم.
فاصله بین سیخ را قرار ذیل دریافت میـــــــــــــــــــــــــــــداریم.
Spacing = 100 x Ast (8mm)/ 7.2÷ 2
Spacing = 100 x 0.5/ 7.2÷2 = 14 cm
Ǿ 8mm bars @ 14 cm c/c

دیزاین دیــــوار های جــانبــی ترناب:Design of side walls as beam
برای دیزاین دیوار های جانبی اولا" باید قوه که از طرف سلب و خود دیوار ها وارد میگردد محاسبه نمایم و قابل ذکر است که در هر دو کناره ها در حصه تقاطع سلب و دیوار های جانبی دیوار ها به شکل گادر عمل مینمایند.
Load from slab = 3020x2.5=7550 kg/mقوه که از طرف سلب عمل مینماید
Self load of wall = 2.5x0.27x2400=1620 kg/mقوه که از طرف خود دیوار عمل مینماید
Total load = 7550+1620 = 9170 kg/m

دریافت مومنت اعظمی.Mmax = PL2/8 = 9170(8)2/ 8 = 73360 kg-m
از قبـــل ثابت های ذیل را داریم که.
δst = 1250, k=0.421, j=0.86 and R=12.66
با در نظر داشت ثابت های فوق ارتفاع موثر را چنین محاسبه مینمایم.

Eff.depth = √ Mmax x 100/ R x dwall

Eff.depth = √ 73360 x 100/ 12.66 x 27 = 146.5cm
ارتفاع حقیقی را داریم که.
Actual total depth = 2.5+0.3 = 2.8m = 280 cm
پس قبول کرده میتوانیم که ارتفاع فعال باید مساوی به 272 cm باشــــــــد.
حالا نظر به محاسبات فوق الذکر مساحت سیخ گول را محاسبه مینمایم.

Ast= Mmax x 100/ δst x j x eff.depth = 73360 x 100/ 1250 x 0.86 x 272
Ast = 25 cm2
بنا بر محاسبات سیخ های 25mm را انتخاب مینمایم که مساحت یکدانه آن مساوی است به 2 4.9 cm
از این رو تعــدار سیخ ها را قرار ذیل محاسبه مینمایم.
Number of steel bars = 25/ 4.9 = 5.1
که در انیجاmm 6 Ǿ 25 را انتخاب میکنیم ولی قابل تذکر است که سیخ ها باید در دو قطار یعنی 3 عدد در بالا و 3 عدد در قطار پایانی جابجا شونـــــــد.

حالا قوه برشی shear force را محاسبه مینمایم.
Shear force = total loadx span/ 2
Shear force = 9170 x 8/ 2 = 36680 kg
چک نمودن در مقابل قوه برشی.
q = Shear force/ dwall x j xeff.depth
q = 36680/ 27 x 0.86 x 272 = 5.8

چون 5.8<7 است پس پروسه محفوظ safe میباشــــــــد.


Diversion Headwork

سربندها:- (Intake)

یک ساختمان هایدرولیکی که آب را به ارتفاع مطلوب در کانا ل رهنمایی مینماید که به دو دسته تقسیم بندی میگردد:
1.Storage headwork
2.ِDiversion headwork

Storage head work (بند ذخیره): عبا رت از ساختمانی است که در عرض دریا اعمار میگردد, که مقدارآب مورد ضرورت را ذخیره نموده و آب اضافی را از دروازه عبوری بند عبور میدهد.
ِDiversion headwork(سربند):
عبارت از ساختمانی است که آب مقدار ضرورت را به کانالها رهنمایی میکند و به دو نوع است:
الف:- بندهای مؤقت
ب:- بندهای دایمی
بندهای مؤقت بعد از هر سیلاب دوباره توسط مردم محل اعمار میگردد. و بندهای اساسی تعداد زیادی دارد که ما از آن جمله Weir را مورد مطالعه قرار میدهیم.

بند های سرریزه (Weir):-
Weir عبارت ازیک ساختمان سختی است. که در مقابل آب در بین دریا اعمار میگردد, تا سطح آب را بالا برده و آب را به کانال انتقال دهد.
Weir به اقسام ذیل اعمار میگردد:
1. Vertical drop weir
2. Sloping weir
3. Parabolic weir
که البته ما از اینجمله Vertical drop weir را دیزاین مینماییم:

Design of Vertical drop weir:-
در دیزاین Weir اجزای ذیل شامل میباشند که در شکل نیز نشان داده شده است:

۱. Hydraulic calculation for fixing various elevations.
2. Design of weir wall.
3. Design of impervious floor (or apron).
4. Design of protection works on upstream and downstream sides.

برای دیزاین Weir باید معلومات ذیل از ساحه بدست آورده شود:

• مقدار اعظمی سیلاب (Q).
• سطح اعظمی سیلاب قبل از اعمار ساختمان (H.F.L).
• سطح بستر عقب بند(Downstream bed level).
• سطح اعظمی آب در کانال (F.S.L).
• جریان مجازی (Allowable afflux).
• ضریب لیسی (Lacey’s silt factor).

1:- Hydraulic calculation

I. L= 4.75 Q1/2 ………..(1.1)

L = Length of water way in (m)
Q = discharge in (m3)

II. Q = Q/L ...…….(1.2)

q = the discharge per unit length of waterway (m3)

III. R = 1.35( q2/f )1/3 ………..(1.3)

R = scour depth in (m)
f = Lacey’s silt factor

IV. V = q / R ……….(1.4)

velocity head = v2/2g ……….(1.5)
g = 9.81

V. Water levels and total energy (T.E.L.) on the downstream side (d/s) and upstream side (u/s) are calculated as follow:

Level of d/s T.E.L. = (H.F.L. before construction ) + v2/2g
Level of u/s T.E.L. = Level of d/s T.E.L. + Afflux
Level of u/s H.F.L. = Level of u/s T.E.L. – v2/ 2g

VI. Discharge over the Crest of the weir is given by:

q= 1.7k3/2 …………(1.6)
k= (q/1.7)2/3 …………(1.7)

٭Crest level = u/s T.E.L. – k

Step 12.u/s impervious apron (L2):
L2 = L – L1 – (B + 2d1 + 2d2)
d1= 278 – 276 = 2 m.
d2= 278 – 271 = 7 m.
B = 8 m.
L2 = 78 – 19 – (8 + 2 x 2 + 2 x 7)
= 33 m.

Step 13.
Total length of d/s apron

L3 = 18C √ (Hs/13) (q/75)

L3 = 18 x 12 √ (6.5/13) (11.2/75)
L3 = 53.2 m. ≈ 54 m.

Step 14.
Length of filter + launching apron
= L3 – L1 = 54 – 19 = 35 m.
Minimum length of inverted filter
= 1.5 d2 = 1.5 x 7 = 10.5 m.
Minimum horizontal length of launching apron
= 2.5 d2 = 2.5 x 7 = 17.5 m.
Total minimum length of both
= 10.5 + 17.5 = 28 m.
But we have to provide 35 m length of both.

Step 15.
u/s block protection and launching apron:
d1 = 2 m
Length of u/s block protection = d1 = 2 m.

Length of u/s Talus = 2d1 = 2x 2 = 4 m.

Step 16. Thickness of impervious floor
Provide a nominal thickness of 1 m to the u/s of the weir wall and 1.5 m below the weir wall
Residual pressure at point A of figure just at the d/s of weir wall

Hr = Hs – (Hs/L) x
= 6.5 – 6.5/78 (2 x 2 + 33 + 8)
Hr = 2.6 m.
٭ Thickness (t) = 4/3 (Hr/G – 1)
= 4/3 (2.6/2.24 – 1) = 2.8 m.
Hence provide a thickness of 2.8 m from the d/s of weir wall to a point 6 m from

بــــنــــــــــــد
Dam

تعریف بند :
بند عبارت از ساختمان هایدروتخنیکی است که درمقابل جریان آب اعمار میگردد و باعث بلند شدن سطح آب شده و ساحه زیاد را برای ذخیره آب محیا میسازد و یا به عبارت دیگر بند ساختمان هایدروتخنیکی است که جهت ایجاد فشار ارتفاعی ، بلند نمودن آب به سطح لازمه و همچنان به منظور تنظیم جریان آب اعمار می گردد.
قسمت بالای بند را بنام Up stream که مخفف آن U/P و قسمت پایانی آنرا بنام Down stream و مخفف آن D/S است نشان داده میشود.

صنف بندی بند ها:
بند ها نظر به ساختمان ، استعمال و مواد ساختمانی به انواع مختلف تقسیم گردیده است که مهم ترین آنها قرار ذیل میباشند.
• بند ذخیره Storage dam
• بند تفریحی Diversion dam
• بند مانع Deters ion dam
• بند های سرریزه Over flow dam (ویر)
• بند ثفیل Gravity dam
که هر کدام از این بند ها دارای خواص و محاسبات جداگانه می باشد که ما در اینجا صرف دیزاین بند های ثقیل gravity dam را مورد مطالعه قرار می دهیم.

بـــند ثـــقـــیل
Gravity dam

این نوع بند ها طوری که از نام آنها پیدا است عبارت از بند های است که به واسطه وزن خود در مقابل قوه های خارجی مقاومت مینماید و عموما" از سنگ ، کانکریت ، خشت و گاهی هم از عناصر فلزی اعمار میگردد و نسبت به بند های دیگر زیادتر مروج اند و از جمله قدیمی ترین ساختمان ها میباشد.
در افغانستان نیز از اینوع بند ها اعمار گردیده مانند بند ماهی پر ، سروبی, نغلو, درونته و غیره.

قوه های که بالای یک بند ثقیل عمل مینمایند قرار ذیل است:

1. فشار آ ب Water pressure
2. وزن خود بند Self weight of dam
3. فشار معکوس Up left pressure
4. فشار یخ Ice pressure
5. فشار باد Wind pressure
6. فشار موج Wave pressure
7. فشار مواد رسوبی Silt pressure
8. فشار زلزله Earthquake pressure
که هر کدام ذیلا" شرح میگردد.

فشار آب: Water pressure
از جمله بزرگترین قوه های است که بالای یک بند عمل می نماید اگر قسمت فوقانی U/S یا Heal کاملا" عمود باشد قوه یا فشار آب یک مرکبه داشته و عمودا" عمل مینماید و در صورت که U/S بند قسما" عمود و قسما" مایل باشد در این صورت شدت قوه یا فشار به شکل مثلثی بوده که در سطح آزاد بالای آب صفر و در عمق H مساوی به (WxH ) می باشد که H عبارت از ارتفاع بند و W وزن 1m3 آب است که مساوی به W=1000 kg/m3 است.

1. وزن خود بند : Self weight of dam
وزن خود بند قوه اعظمی را وارد مینماید که به منظور تحلیل و دیزاین در یک متر طول بند در نظر گرفته میشود.
برای دریافت مجموع این قوه مقطع بند نظر به ساختمان به چندین مثلث ها ، مستطیل و غیره اشکال منظم هندسی تقسیم گردیده و قوه های w1,w2.w3……wn)) دریافت میگردد که قوه مجموعی در مرکز ثقل بند عمل می نماید.

3 . فشار یخ : Ice pressure
ضریب انقباض یخ 5 چند ضریب انقباض کانکریت است از این رو در موقع دیزاین بند ها بلخصوص در مناطقیکه سرد و مرتفع اند فشار یخ در نظر گرفته شود چون یخ که در بالای بند تشکیل میشود از اثر انقباض قوه زیادی به تمام جهات وارد می نماید و مقدار فشار که از اثر یخ به بند وارد میشود ازkg/cm2 (2.5-15 ) است که وابسطه به درجه حرارت منطقه میباشد و این فشار به طوری اوسط در وقت دیزاین 5 kg/cm2 در نظر گرفته میــــــــــــــــــــــشود.

VII. Pound level = Level of top of gates
= F.S.L. of canal + Head loss through regulator

Head loss through the regulator may be taken as ½ to 1 m.
Height of shutters = S = Level of top of gates – Crest level

VIII. Protection against scour:
Level of bottom of u/s pile = u/s H.F.L. – 1.5R
Level of bottom of d/s pile = H.F.L. after retrogression – 2R.

2:- Design of Weir Wall:

دیوار Weir معمولآ به شکل مقطع ذوذنقه یی در هردو جناح (u/s, d/s ) اعمار میگردد. که در قسمت u/s به شکل عمودی و در قسمت d/s به شکل مایل.
دیزاین دیوار ویر شامل تعین نمودن عرض قسمت بالایی و قسمت پایینی دیوار میباشد طوریکه در مقابل فشار اعظمی پایدار باشد.
بنابر این استواری بند باید نظر به سه حالت ذیل محاسبه شود:

حالت اول:- در صورتیکه ارتفاع آب مساوی با ارتفاع تاج بند باشد (آب از قسمت بالای بند عبور نکند).

حالت دوم:- در صورتیکه آب از قسمت بالا بند عبور نماید.

حالت سوم:- درصورتنکه آب از قسمت بالای تاج بند عبور نماید.

عرض بالایی بند:-عرض بالایی بند ازفرمول های ذیل محاسبه میگردد:

B1= d/√G …….. (1.8)

در فرمول فوق :
B1- عرض قسمت بالایی بند
d- ارتفاع اعظمی آب در بالای تاج بند که مساوی است به:
u/s H.F.L. – Crest Level
G- وزن مخصوصه مواد بند.

فورمول فوق برای انتخاب ابتدایی عرض بالایی بند با در نظر نگرفتن معیار کشش قابل تطبیق میباشد.

B1= d/μG ……. (1.9)

در فورمول فوق:
μ- ضریب اصطحکاک که = 2/3 فرض میگردد.

B1= 3d/2G ……. (1.10)

فورمول فوق برای انتخاب ابتدایی عرض بالایی بند با در نظر نگرفتن معیارلغزش قابل تطبیق میباشد.
عرض پایانی بند:-عرض پایانی بند مربوط به مومنت چپه شدن (واژگون شدن) و مومنت مقاومت که نظر به نصف قسمت سوم بند گرفته میشود میباشد.
برای دریافت عرض پایانی بند سه حالت ذیل را تحت مطالعه قرار میدهیم:

حالت اول:- در صورتیکه ارتفاع آب مساوی با ارتفاع تاج بند باشد (آب از قسمت بالای بند عبور نکند) در این حالت مومنت واژگون شونده (Overturning Moment) از فورمول ذیل محاسبه میگردد.

Mo = W (H+S)3 /6 ……. (1.11)

و مومنت مقاومت قرار ذیل محاسبه میگردد.

Mr = W/12 [ { ( G+1.5 ) H+2.5S} B2+B1 (GH-H-S) B-1/2B12 (H+3S) ] … (1.12)

فورمول بالا در صورتیکه سطح عقبی و مقابل (u/s, d/s) بند دارای میلان باشد و اگرu/s دارای سطح افقی باشد مومنت مقاومت از فرمول ذیل محاسبه میگردد.

Mr = WGH/6 (B2+BB1- B12) ……. (1.13)

حالت دوم:- در صورتیکه آب از قسمت بالا بند عبور نماید. در این حالت مومنت واژگون شونده (Overturning Moment) از فورمول ذیل محاسبه میگردد.

Mo = { WH3/6 + WdH2/2 } – { WH3/6 + W(d-h)H2/2 }
or
Mo = Wh H2/2 ....... (1.14)

در صورتیکه هر دو جناح دارای میلان مساوی باشند مومنت مقاومت قرار ذیل محاسبه میگردد.

Mr ={ WH(G-1)/12} (B2+B1B) ……. (1.15)

و اگر u/s دارای سطح افقی باشد مومنت مقاومت فرار ذیل محاسبه میگردد.

Mr = {WH (G-1)/6} (B2+B1B-B12)

حالت سوم:- درصورتنکه آب از قسمت بالای تاج بند عبور نماید. در این حالت مومنت واژگون شونده (Overturning Moment) از فورمول ذیل محاسبه میگردد.

Mo = WH3/6 + WdH2/2 – WD3/6
or
Mo = W/6 (H3+3dH2 – D3) ……. (1.16)

d- ارتفاع آب از سطح بند که مساوی است به:
d= kD
k- یک عدد ثابت است.
با درنظرداشت فورمول های فوق مومنت اعظمی شکل ذیل را به خود میگیرد.

Mo = W/6 (H3 + 3k3/2H3 – k2/3H3)
Or
Mo = WH3/6 (1 + 2k3/2) ....... (1.17)

دیزاین کف بند (Design of Apron):-

دیزاین کف بند از فورمول های ذیل محاسبه میگردد که هریک عبارتند از:
• Downstream apron (L1). For weirs without crest shutters.

L1 = 2.21 C√Hs/10 ……. (1.18)

for weirs with crest shutters

L1 = 2.21 C√Hs/13 ……. (1.19)

• Upstream apron (L2). According to Bligh’s theory.

L2 = L – L1 – (B + 2d1 + 2d2) …….. (1.20)

According to the Khosla’s theory

L2 = b – L1 – B ……. (1.21)

• Total length of d/s apron
the total length L3 of the d/s impervious floor and the u/s impervious apron is given by the following:
For weir with crest shutters.

L3 = 18C √ Hs/13 x q/75

for weir with no crest shutters.

L3 = 18C √ Hs/10 x q/75
مثال:- یک سربند عمودی که دارای مشخصات ذیل است با درنظر داشت تیوری creep Bligh’s دیزاین نمایید؟

a) Maximum flood discharge: = 2800 M3/sec
b) H.F.L before construction: = 285 m
c) Minimum water level = d/s bed level = 278 m
d) F.S.L of canal = 284 m
e) Allowable afflux = 1 m
f) Coefficient of creep = 12
g) Permissible exit gradient = 1/6

در صورت ضرورت میتوانید که داتا فوق را تغیر دهید.

 (A)Hydraulic Calculations:

Step 1. Q=2800 m3/sec
L = 4.75 Q1/2 = 4.75 (2800)1/2 m
= 251 m
q= Q/L= 2800/251 = 11.2 M3/sec

Step 2.Regime scour depth: f=1

R= 1.35 (q2/f) 1/3 = 1.35 [(11.2)2/1]1/3
= 6.76 m
Regime Velocity = q/R = 11.2/6.76 = 1.66 m/sec
Velocity head = V2/2g = (1.66)2/2x9.81 = 0.14 m

Step 3. Level of d/s T.E.L. = H.F.L before cons. + V2/2g
=285 + 0.14 = 285.14 m
Afflux = 1 m
Level of u/s T.E.L. = d/s T.E.L. + Afflux
= 285.14 + 1 = 286.14 m
٭u/s H.F.L. = u/s T.E.L. - V2/2g = 286.14 – 0.14
= 286
Actual d/s H.F.L. allowing 0.5 m for retrogression
= 285 – 0.5 = 284.5 m

Step 4. q= 1.7 k3/2
k = (q/1.7)2/3
= (11.2/1.7)2/3
= 3.56 m

٭Crest level = u/s T.E.L. – k
= 286.14 – 3.56
= 282.58 m.

Step 5.Pond level= Level of top of gates
= F.S.L. in canal + Head loss through regulator
= 284 + 0.5
= 284.5

٭ Height of shutter = s = Level of top of gates – crest level
= 284.5 – 282.58
= 1.92 m.

Step 6. Level of bottom of u/s pile
= u/s H.F.L. – 1.5 R
= 286 – (6.75 x 1.5)
= 275.88 m.

u/s pile may take up to a level of 276 m.
Dept of u/s cut off = 278 – 276
= 2 m.
Hence provide concrete cutoff of 2 m depth below the bed of river at the u/s end of the floor.

Level of bottom of d/s pile (d2)
= d/s H.F.L. after retrogression – 2R
= 284.5 – (6.75 x 2)
= 271 m.
d2= 278 – 271 = 7 m.

Step 7.
Head of water

Hs = Level of crest gates – Bed level
= 284.5 – 278
= 6.5 m.

Height of crest H = Crest level – Bed level
= 282.58 – 278
= 4.58 m.

(Check: Hs = H + s = 4.85 + 1.92 = 6.5 m.)
 (B) Design of weir wall (B1)

Step 8.
Calculation of top width
d = u/s H.F.L. – Crest level
= 286 – 282.5
= 3.42 m.

٭ Top width B1 = d/√G
= 3.42/√2.24 = 2.3 m.

From sliding consideration,
a = 3d/2G = 3x3.42/ 2x2.4
= 2.3 m.

From practical considerations,
B1 = s + 1 = 1.92 + 1
= 2.92 m.

Hence provide top width
B1 = 3 m.

Step 9.Calculation of bottom width (B)

Consideration state I when the water is to top of the crest gates, with no tail water, the over turning moment is given by:

Mo = W (H + s)3/ 6 = WHs3/ 6
= 1 x (6.5)3/6 = 45.77 ≈ 46 t-m.
The moment of resistance is given by equation (1.12) as

Mr = W/12 [ { (G+1.5) H+2.5S} B2+B1 (GH-H-S) B-1/2B12 (H+3S) ]
H = 4.58; s = 1.92; B1 = 3 m; G = 2.24.

Introducing these values in the above equation and equating it to the overturning moment, we get

46 = 1/12 [ { (2.24 + 1.5) 4.58 + 2.5 x 1.92} B2 + 3 (2.24 x 4.58 – 4.58
– 1.92) B – 1/2 x 32 (4.58 + 3 x 1.92) ]

بعد از حل معادله یک مجهوله درجه دو قیمت B مساوی میشود به:
B = 4.97 ≈ 5 m.

Consideration II.
When the water is flowing over the weir and the weir is submerged. Considering the tail water just at the crest of the weir, the overturning moment is given by:

Mo = wh H2/2
When the water is at the crest, d and h will be equal. For this case, the value of d is given by

d = [q2/ (2/3C)2 x 2g]1/3

(Neglecting the velocity of approach) where C = 0.58 is the coefficient of discharge.
Substituting q= 11.2 M3/sec/m, we get
d = h = [(11.2)2/ (2/3 x 0.58)2 x 2 x 9.81]1/3
= 3.5 m.

Mo = wh H2/2
= 1 x 3.5 (4.58)2/ 2
= 36.6 t-m.

The moment of resistance is given by:
Mr = {wH(G-1)/12} (B2 + B1B)
= 1 x 4.85 (2.24 – 1) / 12} (B2 + 3B)
= 0.473 (B2 + 3B)
Equating the two, we get
0. 473 (B12 + 3B) = 36.6
From which B = 7.4 m.
Provide B = 8 m.
Thus the weir wall has top of 3 m and bottom width equal to 8 m, with equal slopes of u/s and d/s faces.

 (C) Design of impervious and pervious aprons:

Step 10.Assuming C = 12, total creep length is
L = CHs = 12 x 6.5
= 78 m.
Step 11.
d/s impervious apron (L1):
L1= 2.21C √ Hs/13
= 2.21 x 12 √ 6.5/13
= 18.8 ≈ 19 m.

چون Qmax=1240kg<12960kg میباشد فلهــــذا سلب در مقابل قوه عرضانی مقاومت کافی دارد.
موقعیت گذاری سیخ ها در مقطع عرضانی را میتوان به آسانی انجام داد زیرا تعداد سیخ ها هم به سمت عرضانی و هم به سمت طولانی معـــــــــــــــلوم میباشــــــد.









جاهای خالی شکل شان نیست.

























































Super Passage

در این نوع ساختمان ها کانال از قسمت تحتانی سیل بر ها میگذرد و آب کانال ها بدون مزاحمت ساختمان به جریان عادی خود از زیر سیل بر ها ادامه میدهد یعنی اینکه سطح آب در داخل ساختمان و کانال به یک لیول قرار میگرد.(با در نظر داشت میلان کانال)
به طور عموم ساختمان super passage متشکل است از دو دیوار و سلب بالای آن می باشد که پروسه دیزاین دیوار ها همانند دیوار های استــنادی بوده وبرای قوه های عمودی و افقی دیزاین میشوند.
قوه های عمودی وارده بالای دیوار های super passage عبارت اند از وزن سلب ،وزن آب و وزن مواد رسوبی و قوه افقی را که دیوار ها متحمل میشوند همانا وزن موادی است که در عقب دیوار ها قرار دارد.
مثال :عملی ذیلرادرنظر میگیریم :

بارها رابالائی ساختما ن فوق دریافت میداریم.
قوه های عمودی
وزن سلب 2400 (0.2) (1) =480 kg/m2
وزن مواد رسوبی بالائی سلب 1600 (0.3) (1) =480 kg/m2
وزن آب بالائی سلب 1000 (0.2) (1) =200 kg/m2
وزن دیوار سنگی 2200 (1.5) (0.5) =1980 kg/m

قوه های افقی یا فشار خاک عبارت از
½ (1600) (1.52) (1-sin 300/1+sin300) = 600kg

حال دیوارupstream ساختمان فوق را دیزاین می نمائیم .
میدانیم که بار سلب وبارهای فوقانی آن بالائی هردودیوار بصورت مساویانه تقسیم میگردد.
بنا"مقداری مجموعی باری راکه یک دیوار درفی مترطول آن برداشت می نمائید عبارت از :
Acting at ½ of wall
(480+480+200) (2.2)/2+1980 =3836kg

حال دیوار رادر مقابل overturning moment یا مومنت چپه کننده چک می نمائیم.
نظر به این شرط 2 ≤ MR/M0
برای عملیه فوق درنقطه B نظر به قوه های عمودی وافقی مومنت میگیریم .

مومنت نظربه قوه های عمودی یا Resistant moment
Mr = 3836 (0.3) =1151kg-m
مومنت نظربه قوه های افقی ازاثر وزن خاک یا overturning moment
Mo = 600 (1.5/3) =300 kg -m
Mr /M0 =1151/300 >2 Safe ok
بعداً دیوار رادرمقابل sliding یا لغزش چک می نمائیم .

نظر به این شرط H.F < friction force
Friction force = µ.v.f

درفورمول فوق µ عبارت از ضریب اصطحکاک می باشد که درین جا =0.53 µ درنظر گرفته شده است.

Friction force =0.53 (3836) =2033 kg
600 < 2033 Safe ok

دیزاین سلب :سلب را دیزاین می نمائیم با ابعاد l =600cm b =160cm و d = 20 cm برای دیزاین سلب مذکور ثابت های قبول شده عبارت است از ( درصورتیکه مارک کانکریت را M 200 درنظر بگیریم ).

cbc = 70 kg/cm δ
m =13
St =1250 kg/cm2δ
K =0.421 j =0.86 R =12.66

طوریکه قبلا" محاسبه بارهای وارده بالائی سلب که عبارت از q=1160/m می باشد صورت گرفته است
اکنون معلوم می نمائیم که سلب درکدام حالت قرار دارد .
L / b = 6 /1.3= 4.6 >2 =λ

چون نسبت طول ضلع طویل بر ضلع کوچک بزرگتر از 2 میباشد بنا" سلب به قسم سلب گادری محاسبه میشود . یعنی سیخ های فعال تنها به سمت کوتاه سنجش می شود .
درشکل فوق l0 عبارت ازطول وایه سنجشی میباشد. L0 = b +2 (0.15) = 1+0.3 =1.3m

0.15 درفورمول فوق عبارت از نصف عمق داخل شده سلب در دیوار می باشد.
ارتفاع فعال عبارت از cm 18 =2- 20 =d- a h0=
مومنت انحنائی اعظمی قرار فورمول ذیل دریافت می گردد .
Mmax = ql2/8 =1160 (1.32) /8 =245 kg-m
اکنون مساحت سیخ راچنین دریافت میکنیم .
Ast = M /δst. j .d = 24500 /1250 (0.86) (18) =1.3 cm2

پس نظربه مساحت محاسبه شده سیخ 6 ملی راکه دارائی مساحت مقطع Aφ =0.306 cm2 می باشد درنظرمی گیریم .پس فاصله بین سیخ ها مساوی است به :
Spacing =100 (Aφ) /Ast = 100 (0.306) /1.3 = 20cm

به خا طری تقسیما ت مسا ویا نه بار بالائی سیخ های سنجشی بطول گادردر فی متر به تعداد 4 عدد سیخ 6 ملی مد نظرمیگیریم .

Aqueduct
ترناب
عبارت از ساختمان است که آب را از بالای سیل بر ها و یا کانال های دیگر عبور میدهد.
ساختمان ترناب Aqueduct زمانی محسوس میشود که ساختمان siphon ویا super passage قابل تطبیق نباشد.

مثال: Aqueduct (ترناب) را دیزاین نماید که 5 متر عرض و 2.5 متر ارتفاع داشته باشد.
توقع میرود که ترناب مذکور آب را به ارتفاع اعظــمی 2.3 متر انتقال دهــــد و برای دیزاین از مارک کانکریت (M-200 ) استــــفاده شود.
وایـــــــــــــه ترناب 8 متر مد نظــــر است؟

در دیوارهای کم ارتفاع میتوان از انواع مختلف سنگ ها استفاده کرد اما در دیوارهای با ارتفاع بیشتر باید سطح سنگ های بهم چسپیده هموار باشد.(بافت سنگ ها با ید مد نظر گرفته شود)

زاویه اصطحکاک خاک Angle of Ropes :-
اگر خاک در یک ساحه انبار گردد بعد از یک مدت ذرات خاک حالت تعادل را میگیرد و به افق یک زاویه را تشکیل میدهد که این زاویه را بنام زاویه اصطحکاک داخلی خاک نامیده میشود.

طبقه بندی فشارخاک Classification of Earth Pressure:- دو نوع فشار وجود دارد.
• فشار فعال Active Pressure
• فشار غیر فعال Passive Pressure

تیوری فشار فعال خاک Theories for Active Earth Pressure :-

جهت تعین نمودن فشار فعال خاک میتودهای زیاد وجود دارد,

A. رینکن میتود – Rankin's Method
B. کولمب میتود – Coulomb Method
C. کولون میتود.
D. میتود ترسیمی.

مگر دو طریقه فوق (رینکن و کولمب ) ارقام دقیق و صحیح را ارایه مینماید.

A. - تیوری رینکن:
وقتیکه دیوار از لغزش خاک ممانعت میکند, خاک بالای دیوار فشار وارد مینماید که این فشار خاک توسط تیوری رینکن تعین میگرددو بالای اساسات ذیل استوار میباشد.

I. خاک همجنس, ایزوتروپیک (Isotropic) و غیر چسپنده فرض میگردد.
II. از اصطحکاک بین دیوار وخاک صرف نظر میگردد.
III. Rapture Plane- ساحه که در آنجا ساحه غیر متعادل وجود دارد (یا میلان دارد) که از جاه خود حرکت میکند که جهت جلوگیری حرکت این ساحه دیوار استنادی مد نظر گرفته میشود.

B. - تیوری کولمب:-
فرضیه های اساسی جهت دریافت فشار خاک (Earth – pressure) توسط تیوری کولمب قرار ذیل اند:
I. خاک دارای خواص فزیکی مساوی از هر سو (Isotopic) و متجانس بوده و دارای خواص اصطحکاک داخلی و چسپندگی میباشد.

طرح ریزی ود یزاین دیوارهای استنادی

دیزاین دیوارهای استنادی بصورت عموم شامل مراحل ذیل میباشد:

1. جمع آوری معلومات عمومی:- سروی توپو گرافیکی, فزیکی و کنترول ابعاد.
2. تحلیل حا لت طبقات پایین خاک:-ِپروفیل خاک (Sub Soil Conditions).
3. تعیین نمودن بار اضافی بالای دیوار (Surcharge):- خط ریل, سرک موتر رو, تعمیریا ساختمان های دیگر و زلزله.
4. تعیین نوعیت و اندازه های آزمایشی دیوار استنادی.
5. محاسبه فشار خاک (Earth Pressure) و فشار اضافی (Surcharge Pressure).
6. تحلیل پایداری دیوار (Structural Stability).
7. تحلیل پایداری اساس دیوار (Foundation Stability).
8. طرح ریزی عناصر ساختمانی دیوار (Design Structural Elements).
9. انتخاب مجراهای عبور آب از مواد پرکاری (Drainage in back fill).
10. پیشبینی کردن نشست و حرکت دیوار (Settle and movement of wall).





فشار خاک بالای دیوار قرار ذیل محاسبه میشود.
حالت اول :در صورتیکه سطح خاک نگاه داشته شده (Retained Earth) افقی باشد.



در فارمول فوق:
ω- وزن حجمی خاک
H- ارتفاع خاک عقب دیوار
φ- زاویه اصطحکاک داخلی خاک Angle of Repose

حالت دوم:
در صورتیکه موقعیت خاک بالای دیوار تحت یک زاویه قرار دارد و فشار مجموعی بالای دیوار قرار فرمول ذیل دریافت میگردد:

Cosα - √Cos2α – Cos2φ
Cosα + √ Cos2α – Cos2φ









مثال:-
دیوار سنگی که دارای ارتفاع H=8m و عرض فوقانی آن a=2m, عرض تحتانی آن b=4m میباشد و ارتفاع خاک تا دیوار میباشد.
شما تشنجات اعظمی و اصغری را در اساس دیوار تعین نمایید و اپیور آنرا رسم نمایید در صورتیکه وزن حجمی خاک Ws=1800 kg/m3, زاویه اصطحکاک داخلی خاک =30° φ و وزن حجمی مواد دیوار Ww=2200 kg/m3 باشد.

Ww=2200 kg/m3
Ws=1800 kg/m3
=30° φ
H=8m
a=2m
b=4m







فشار خاک بالای واحد طول دیوار قرار ذیل دریافت میداریم:

P=Ws x H2/2 x 1-Sin30°/1+Sin30°
P= 1800 x 82/2 x 1-0.5/1+0.5 = 19200 kg
نقطه عمل فشارP در ارتفاع h/3 خاک قرار دارد.
وزن واحد متر طول بند را قرار ذیل دریافت مینماییم.

Ww=Ww (a+b)/2 x h x 1 = 2200 (2+4)/2 x 8 x 1 = 52800 kg

حالا کوردینات مرکز ثقل مقطع عرضی دیوار را بالای محور x قرار ذیل دریافت مینماییم.

X= (a2+ab+b2)/3(a+b) = (22+2x4+42)/3(2+4)
X=1.56m

عین المرکزیت را قرار ذیل دریافت مینماییم:
نظر به نقطه E مومنت اخذ مینماییم:
Wx1=PxH/3
X1=PH/3w= (19200x8)/ (3x52800) =0.96m
X+X1 = b/2 + e
e =X+X1- b/2
e = 1.56+0.96-4/2 = 0.52m

تشنجات اعظمی و اصغری را بالای اساس قرار ذیل دریافت مینماییم.

Fmax,min = w/b (1±6e/b)
Fmax = 52800/4(1+6x0.52/4) = 23496 kg/m2
Fmin =52800/4(1-6x0.52/4) = 2904 kg/m2

مثال:-
یک دیوار استنادی ذوذنقه یی که ارتفاع H=10m و عرض فوقانی a=30 و عرض تحتانی آن b=9m و زاویه سرچارچ α=25° میباشد در نظر گرفته شده که دیزاین گردد در صورتیکه وزن مخصوصه خاک Ws=1800 kg/m3 , φ=30° و Ww=2400 kg/m3 باشد شما تشنجات اعظمی و اصغری را بالای اساس بند محاسبه نمایید.

وزن دیوار را قرار ذیل دریافت میداریم:













W = Ww(a+b)/2 x H
W = 2400(3+9)/2 x 10 = 144000 kg
PH و Pv را قرار ذیل دریافت مینماییم:
PH = P x Cosα = P x Cos25°
PV = P x Sinα = P x Sin25°

P = Ws x h2/2 x Cosα x (Cosα - √ Cos2α – Cos2φ)/ (Cosα + √ Cos2α – Cos2φ)
P = 1800 x 102/2 x Cos25° x(Cos25°-√Cos225°-Cos230°)/ (Cos25°+√Cos225°-Cos230°)
P = 44423.2 kg

PV = P x Sinα = 44423.2 x Sin25° = 18774.08 kg
PH = P x Cosα = 44423.2 x Cos25° = 40261.14 kg



موقعیت مرکز ثقل را قرار ذیل دریافت مینماییم:

X = (a2+ab+b2)/3(a+b) = (32+3x9+92)/3(3+9) = 3.25m

پلــچــک ها: Culverts

پلچک ها معمولا" بالای کانال ها کوچک اعمار میگردد در صورت که کانال سرک را عبور نماید.
هدف از اعمار پلچک عبور و مرور عراده جات (ترافیک) از روی آن می باشد.
مقاومت پلچک مربوط به حجم ترافیک،نوعیت عراده جات و کلاس سرک ها میگـردد و دارای انواع ذیل میباشند.

1- Pipe culvert (پلچک های پایپی)
2- Box culvert (پلچک های باکس مانند)
3- Slab culvert(پلچک های سلب دار)
4- Arch culvert(پلچک های کمانـــی)
که دیزاین هر کدام انها دارای پروسه های جدا گانه و مختلف میباشند.



مثال:
پلچک مقطع مستطیلی را دیزاین نماید که دارای ابعاد ذیل باشـــــــد.
L=5m ،b=1m ،h=1m و برای دیزاین از کانکریت مارک 200 M (1:1.5:3) استفاده شود.
مارک مقاومت کششی کانکریت 2Rp=7.2kg/cm مقاومت انحنایی کانکریت 2Ru=1000kg/cm میباشد و سیخ های کلاس A-1 یعنی سیــــخ های لشم استفاده میگردد که مقاومت آن2 Ra=2100kg/cm است.
ضخامت سلب hs=20cm و ارتفاع فعال ho=18cm ، ضریب اضافه باری n=1.1-1.3 و ضخامت طبقه خاک بالای پلچک 0.25 در نظر گرفــــــــــته شود؟

حــــــــل:محاســــبه بارها قرار جدول ذیل صورت میگیرد.



نوع بارهــــــــــا

بارهای نورماتیفی

Kg/m

ضریب اضافه باری

بارهای سنجشی

Kg/m

ملاحظــــات

بار های دایمی (ثابت)و موقتی

وزن سلب

0.2x2500x1=500kg/m

500

1.2

600



وزن طبقه خاک

0.25x1600x1=400kg/m

400

1.2

480



بار موقت بــــرف

100

1.2

120



بارهای موقت دینامیکی (بار های زنده)

15000

1.2

18000



مجموعـــــه q=19200kg/m∑



نوع بارهــــــــــا بارهای نورماتیفی
Kg/m ضریب اضافه باری بارهای سنجشی
Kg/m ملاحظــــات
بار های دایمی (ثابت)و موقتی
وزن سلب
0.2x2500x1=500kg/m 500 1.2 600
وزن طبقه خاک
0.25x1600x1=400kg/m 400 1.2 480
بار موقت بــــرف 100 1.2 120
بارهای موقت دینامیکی (بار های زنده) 15000 1.2 18000
مجموعـــــه q=19200kg/m∑


اکنون معلوم مینمایم که سلب در کدام حالت قرار دارد.

= L/b = 5/1 = 5>2 λ
چون نسبت طول طویل بر طول کوچک بزرگتر از 2 است لذا سلب به قســــم سلب گادری محاسبه میشود یعنی سیخ های فعال تنها به سمت کوتا محاسبه میشوند ولی برای اینکه بارها مساویانه به سیخ ها انتقال گردند و از ایجاد درز ها در سمت طویل جلوگیری شود بناءً 5Φ10mm در هر 1m درنظرگرفته شود، در این جا نخست از همه طول وایه سنجشی را دریافت مینمایم.

L0 = b+2(0.15) =1+2(0.15) =1.6m
در رابطه فوق 0.15 عبارت از نصف عمق داخل شده سلب در دیوار میباشد.
مومنت انحنا یی اعظمــی قرار فرمول ذیل دریافت میگـــــردد.
Mmax=qLo2 /8 در فرمول فوق.
= مجمـــــوع بار های زنده ومــــرده q
Lo = طول وایه سنــــــــــجشی
Mmax=qLo2 /8 = 19200x1.32/8=4056kg-m

Ao=Mmax/Ruxbxho2
Mmax به kg-m ، Ru مقاومت انحنایی کانکریت که برای مارک 200 -M ،Ru=100kg/cm2 می باشد.
b- عرض سلب است که برای آن سیخ محاسبه میگردد.
ho- ارتفاع فعال سلب کهho=h-a ، که در اینجا h ارتفاع سلب و a طبقه محافظوی سیخ میباشد.
ho=20-2=18cm
Ao=Mmax/Ruxbxho2
A0=405600/100x100x182
Ao=0.125cm2
برای قیمت دریافت شده Ao قیمت ) 0γ) را قرار فرمول ذیل دریافت مـــــــــــیکنیم .

=1+√1-2Ao/2 =0.9350γ
Fa=Mmax/ Ra.h0
Ra – مقاومت سیخ است که برای کلاس) A-1 (مساوی به 2100kg/cm2 است پس نظر به مساحت محاسبه شده از جدول 8Ǿ14mm سیخ کلاس A-1)) که مجموعه مساحت آن Fa=12.31cm2 میشود انتخاب مینمایم.
برای سمت طولانی از نگاه شرایط ساختمانی (A-1) 5Ǿ10mm- سیخ را مد نظر میگریم.

امتــــحان سلب در مقابل قوه های عرضانی:
قوه های عرضانی در اتکا قرار فرمول ذیل دریافت میـــــــــــداریم.
Qmax=QR=QL=0.5qL2
در فرمول فوق QR قوه عرضانی در اتکا راست و QL قوه عرضانی در اتکا چپ می باشــــــــــــــد.
Qmax=QR=QL=0.5x19200x1.3=12480kg
شرط ذیل را امتحان مینمایم.
Qmax≤Rpxbxh0
Qmax<7.2x100x18=12960kg

Q=V.A
ماننگ V=1/n x R2/3 x S1/2
R=A/P
شیزی Q=A x C√R.S
Q- مقـــدار دسچارج (m3 /sec)
V- سرعت (m/sec)
A- مساحت مقطع (m2)
n- ضریب ماننگ (از جدول ها اخذ میگردد)
R- شعاع هایدرالیکی(m)
S- میلان
P- محیط تر شــده (m)
C- ثابت شیزی
قابل یادآوری است که محیط تر شده برای کانال های دارای مقطع ذوذنقه یی از رابطه ذیل بدست می آید.

P=b+2d√ n2+1

مثال: مقدار جریان آب را در کانال مقطع مستطیلی محاسبه نماید در صورت که مساحت مقطع 32m2
میلان کف کانال S=1/1000 و ضریب شیزی C=52.5 باشــــــــــــــــد؟
اقتصادی ترین مقطع مستطیلی مساوی میشود به b=2d,
A=32m2
S=1/1000
C=52.5
b=?
d=?
A=bxd=2 x d x d=2d2
A=32=2d2, d=4m, b=2d=2x4=8m
R=d/2 = 4/2=2m
Q=AxC√R.S = 32x52.5 √2x0.001
Q=75.13 m3/sec

مثال: ابعاد کانال مقطع ذوذنقه یی را دیزاین نماید که 30 متر مکعب آب را فی ثانیه عبور دهــد در
صورت که میلان کناری آن 3/2 ، میلان کف کانال 1/2000 و ضریب ماننگ n=0.01 باشد؟


n=3/2=1.5
Q=30m3/sec
n=0.01
S=1/2000=0.0005
b=?
d=?

 اگر خواسته باشیم اقتصادی ترین مقطع را انتخاب نمایم پس باید نصف عرض بالائی مساوی به میلان کنار ها باشد.

b+2nd/2 = d√ n2+1
b+2x1.5d/2 = d√1.52+1
b+3d=3.6d
b=0.6d
Or
Area=d (b+2nd) = d (0.6d+1.5d) =2.1d2

در صورت اقتصادی بودن مقطع ذوذنقه یی شعاع هایدرالیکی R=d/2 است.
چون در این مثال ظرفیت 30m3 یک پارامتر معلوم است از این رو میتوانیم ابعاد مقطع را انتخاب نمایم.
پس داریم که:
d=6.5(m, cm…)
b=0.6x6.5=3.5(m, cm…)
V= (b+n).d= (3.6+2)6.5=36.4m3
V>Q بخاطریکه Free board نیز مد نظر گرفته شود و در موقع High flood level کانال Overload نشود.

دیوارهای استنادی:(Retaining wall)

(شکل دیوار ها موجود نیست.)

دیوارهای استنادی عبارت از ساختمانهایی اند که جهت نگهداشتن مواد ریخته تحت زاویه بزرگتر از زاویه میلان طبیعی آنها احداث میگردند. یا به عباره دیگر هر دیواری که به منظور جلوگیری از لغزیدن و ریختن کتله خاک اعمار میگردد بنام دیوار استنادی یاد میگردد.

انواع دیوارهای استنادی:-
دیوارهای استنادی را میتوان از نگاه مواد ساختمانی آنها به دیوارهای سنگی, خشتی و کانکریتی تقسیم نمود. اما باید یادآور شد در بعضی اوقات جهت احداث دیوارهای استنادی موقت از عناصر فلزی, چوبی هم استفاده میشود.

ثبات و پایداری دیوارها:-
نظر به ثبات و یا پایداری (Achieving Stability) دیوارهای استنادی را میتوان به شش نوع تقسیم نمود:
• دیوار های ثقیل یا سنگین (Gravity Retaining Walls).


• دیوارهای کنسول دار (Cantilever Retaining Wall).









• دیوارهای استنادی قبرغه دار(Counter fort Retaining Wall).









• دیوارهای استنادی قبرغه دار (Buttressed Retaining Wall).











• دیوارهای استنادی آخوری شکل (Crib Walls) که غالباً از چوب, کانکریت و بعضاً از فلز ساخته شده و بین شان از خاک پر میشود.















دیوارهای نیمه ثقیل یا نیمه سنگین (Semi gravity Retaining Walls).













هنگام دیزاین هریک از انواع فوق الذکردیوارها معیارهای ذیل باید در نظر گرفته شود:

الف – مقاومت ساختمانی هر یک اجزا و مقطع های دیوار.
ب – پایداری و استحکام (Stability) دیوار در مجموع بشمول خاک تهداب.
ج – انتخاب و متراکم نمودن مواد پرکاری عقب دیوار و در نظر گرفتن مجرای آب عقب دیوار (Drainage).

طوریکه در بالا از انواع دیوارهای استنادی تذکر بعمل آمد حالا میخواهیم درباره انواع مهم آنها یعنی در قسمت چگونگی و جاهای استفاده آنها مختصرا معلومات ارایه بداریم.
دیوارهای استنادی ثقیل یعنی دیوار های که به وزن خود پایداری و ثبات خویش را حفظ میکنند معمولآ از سنگ و کانکریت ساخته میشوند.



در قسمت ابعاد دیوارهای سنگی باید مقررات ذیل را در نظر گرفت:

1. هرگاه ارتفاع دیوار (از روی زمین الی سطح بالایی آن ) کمتر یا مساوی به یک متر باشد (H≤1m) باشد. هر دو سطح عقبی و پیشروی دیوار شکل قایم را دارند که سطح عقبی تا قسمت آخر تهداب به یک خط مستقیم قرار داشته و سطح پیشروی دیوار در هم سطح با زمین یک چیره کوچک را دارد.









2. هرگاه ارتفاع دیوار بزرگتر از یک متر و کوچکتریا مساوی به 2.5 متر(1m< کمتر (50-60cm) آن بالا قسمت در دیوار ضخامت صورتیکه داد چیره را عقبی سطح و ساخته خاک بطرف متمایل فیصد 10 تا پیشروی باید پایدارنگهداشتن جهت صورت این باشد>















3. هرگاه ارتفاع دیوار از 2.5 متر زیادتر باشد سطح پیشروی دیوار را میتوان تا 20% متمایل ساخت و(در صورتیکه نمای مهندسی دیوار را خراب کند) ازجناح عقب دیوار یک, دو و یا به تعداد زیاد چیره میگذارند.

ساختمان و کانال آبیاری
طوریکه قبلاً یاد آور شدیم که انجنیری آبیاری یکی از شعبات مهم و اختصاصی انجنیری ساختمانی (Civil Engineering) میباشد لذا انجنیر آبیاری باید معلومات کافی در باره ساحه که ساختمان هایدرالیکی جهت آبیاری اعمار میگردد داشته باشد تا در موقع دیزاین به مشکلات مواجه نگردد.
به طورعموم انجنیری آبیاری از موضوعات ذیل بحث مینماید.
1- کانال ها: Channels
2- دیوار های استنادی: Retaining Walls
3- پلچک ها: Culverts
4 - واش کلورت ها: Wash Culverts
5- ترناب ها: Aqueduct
6- بند های سر ریزه دار : Weirs
7- تقسیمات آبی: Division Boxes..و غیره.
که در اینجا در باره هر یک به صورت تفصیلی بحث مینمایم.


کـــانـــال ها
Channels

تعریف: کانال عبارت از مجرای مصنوعی میباشد که از کانکریت، سنگ ، ویا خاک جهت مقاصد آبیاری،تولید انرژی برق ویا کشتی رانی اعمار مگردد.
بعضاً ممکن است که یک کانال بزرگ برای مقاصد بیشتر اعمار گردد.

در طرح و اعمار کانال ها نکات ذیل باید در نظر گرفته شود.
• ظرفیت کانال مطابق به اهداف پروژه باشد.
• کانال از محل مناسب دریا و یا مخزن جدا گردد تا مشکلات هایدرالیکی بوجود نیاید.
• کانال در خط السیر مناسب و میلان مطلوب احداث گردد.
• کوشش شود تا کانال از مواد محلی اعمار گردد.
• آب در کانال ها باید سرعت مناسب داشته باشد تا از ترسبات و شستشو جلوگیری شود.
• آب کانال باید از مواد مضره پاک باشد تا باعث تخریب کانال و یا سیستم برق نشود.
صنف بندی کانال ها:کانال ها به صورت عموم به دو دسته تقسیم بندی میشوند.
1. کانال های دایمی: Permanent Channels
2. کانال های مؤقتی: Temporary Channels

کانال های دایمی: این کانال ها منبع دایمی آب داشته و به شکل پخته و اساسی اعمار میگردد. کانال ها دایمی در مسیر خود ممکن ساختمانهای هایدرالیکی کنترولی داشته باشد.

کانال های مؤقتی:
منبع دایمی آب نداشته صرف در مواقع سیلابی آب در آن جریان مینماید و به شکل ابتدایی اعمار گردیده و ساختمانهای کنترولی ندارد.
قابل یاد آوری است که از کانال های دایمی و مؤقتی ممکن است کانال های شاخه یی نیزجدا گردند.
احداث و دیزاین دقیق یک کانال ضرورت به سروی دقیق دارد که باید در دسترس باشد و کانال ها دارای مقاطع مختلف مانند مستطیلی ، ذوذنقه یی ، پارابولیک ، بیضوی ، مثلثی و غیره میباشند.

انتخاب مقطع کانال :
انتخاب مقطع کانال مربوط به مقدار دسچارج و اراضی است که کانال در آن احداث میگردد ولی باید متوجه بود که برای دسچارج مطلوب کدام مقطع اقتصادی ترین مقطع است.

دریافت میلان کانال:
جهت دریافت میلان کانا ل باید پروفایل ساحه ، نقاط سروی شده و طول کانا ل مورد نظر را داشته باشیم و بعداً برای دریافت میـــــلان از فرمول ذیل استفاده مینمایم.

S=√ n.v/R2/3
فرمول فوق از ماننگ بوده و جهت دریافت میلان طولی کانال از آن استفاده میشود.
S- میلان
n- ضریب ما ننگ
V- سرعت
R- شعاع هایدرالیکی
باید یاد آور گردید که برای دریافت میلان کانا ل ها از طریقه ذیل نیــــز استفـــــــــاده میگــــــــــــــــــــــردد.




A



S





خط میلان باقی است اشتباه نکیند



B

c

S= (AB/BC) 100

دیزاین کانال هـــــــــــا

هدف از دیزاین کانال همانا دریافت مقطع مناسب غرض انتقال بهتر آب مورد نیازبه زمین ها ی زراعتی میبا شد.مواد مو که ظرفیت کانال ها توسط فرمول های ذیل دریافت میشـــــوند.