از آنجا که هدف این بخش معرفی مبانی هیدرولیک پلهای خاکی- فولادی می‌باشد به جزئیات و نکات خاصی که جهت طراحی هیدرولیک آبروها و کانالها نیاز است پرداخته نمی شود اما به دلیل آنکه انتخاب محافظهای ورودی و خروجی دهانه حائز اهمیت بوده و بخشی از طراحی هیدرولیکی سازه می‌باشد. در اینجا انواع تمهیدات محافظت از دهانه ها معرفی می‌گردد.
با طراحی مناسب از نگهداری مناسب انتهای سازه اطمینان حاصل شده و نیز در برابر شکستگی، بلندشدگی هیدرولیکی   و شکستگی خاکریزها ناشی از نیروهای فرسایشی محافظت می‌نماید [4]. جهت حفاظت هیدرولیکی دهانه های سازه، با توجه به ارتفاع خاکریز و هیدرولیک منطقه دو انتهای سازه به سه شکل طرح می‌شوند:
1- حلقه های فولادی به طور کامل تا دو انتهای سازه نصب می‌شوند سپس همانند پلهای متداول در دو انتها دیوارهای قائم و برگشتی اجرا می‌شود. این دیواره ها می‌تواند به صورت بتنی یا مصالح بنایی و یا دیوارهای سیمی یا گابیون و یا بلوک های پیش ساخته اجرا شود. نمونه این دیواره ها در شکل های (1-13) و (1-14) دیده می‌شود. همانطور که در شکلهای (1-13) و (1-15) مشاهده می‌گردد، جهت جلوگیری از شستگی خاکریزها و حفاظت هیدرولیک در برابر نیروی بلندشدگی، در دو انتهای سازه کف بند بتنی اجرا می‌شود.


محافظت از سازه قوسی فلزی

شکل (1-13) دیواره های بتنی  جهت محافظت از دو انتهای سازه

 

محافظت از سازه خاکی فولادی

شکل (1-14) دیواره های سیمی جوشکاری شده

 

محافظت از سازه خاکی فولادی

شکل (1-15) دیواره های برگشتی و کف بند قبل از بتن ریزی

 

2- حلقه های فولادی به طور کامل تا دو انتهای سازه امتداد می‌یابد اما خاکریز و یا دیواره‌های محاظت کننده به صورت شیبدار اجرا می‌شود.

محافظت از سازه های خاکی فولادی

(شکل 1-16) نمونه ای دیواره شیبدار

 

محافظت از سازه های قوسی فلزی

شکل (1-17) نمونه ای از خاکریز شیبدار

 

3- حلقه هاشی فولادی در دو انتهای سازه کامل نبوده بلکه از نمای جانبی به صورت شیبدار دیده می‌شود. این حالت هنگامی کاربرد دارد که خاکریز به صورت شیبدار اجرا شود. همچنین اگر ارتفاع پوشش خاکی کم باشد و شرایط هیدرولیک دهانه اجازه دهد، می‌توان به جای اجرای دیوارهای برگشتی خاکریزهای کناری را همانند شکل (1-19) اجرا نمود.

محافظت از سازه خاکی فولادی

شکل (1-18) حلقه های فولادی در دو انتها به صورت حلقه های ناقص شیب های دهانه های ورودی را ایجاد می‌کنند.

 

محافظت از سازه قوسی فلزی

شکل (1-19) حلقه های فولادی تا انتها به صورت حلقه های کامل و سپس به صورت ناقص ایجاد شیب می‌نمایند.

 

1-7- مزایا و محدودیت های سازه های خاکی- فولادی
جهت تبیین مزایا و محدویدت های سازه های خاکی- فولادی، بر اساس سیستم سازه ای پلهای خاکی- فولادی و پلهای بتنی، از دیدگاه کلی، مصالح و تجهیزات مورد نیاز اجرا ، زمان اجرا، رفتار سازه ای و زیست- محیطی، مورد مقایسه قرار گرفته اند. به طور کلی مزایای سازه های خاکی- فولادی عبارتند از:
1- وزن کم صفحات فولادی موجدار نسبت به بتن.
2- تنوع اشکال سازه های خاکی- فولادی متناسب با شرایط پروژه
3- سرعت اجرا (در مقایسه با سازه های بتنی، زمان لازم برای بتن ریزی، گیرش بتن و عمل آوری بتن حذف می‌گردد)
4- امکان استفاده از نیروی انسانی محلی
5- عدم نیاز به ماشین آلات اجرایی خاص
6- امکان اجرا بدون مسدود نمودن راه یا راه آهن
1-7-1- مقایسه کلی پلهای خاکی- فولادی و سازه های صلب بتنی
در جدول (1-11) مقایسه دو نوع سیستم سازه ای انعطاف پذیر و صلب انجام شده است. در این مقایسه، محدودیت های کلی دو سیستم مورد توجه قرار گرفته است. پلهای خاکی- فولادی در طول دهانه دارای محدودیت می‌باشند اما مزایای این سازه چه در مرحله اجرا و چه در مرحله بهره برداری، پلهای خاکی- فولادی را به عنوان یکی از گزینه های درخور مطالعه در کنار دیگر سازه های بتنی قرار می‌دهد.

جدول (1-11) مقایس سازه های خاکی- فولادی و سازه های صلب یک دهانه

محافظت از سازه قوسی فلزی

 

1-7-2- مقایسه مصالح و ماشین آلات موردنیاز
مقایسه مصالح موردنیاز پلهای خاکی- فولادی و پلهای بتنی در جدول (1-12) آمده است. از مشکلات عمده مصالح سیستم بتنی فسادپذیری سیمان و عدم امکان نگهداری آن در درازمدت برای مواقع ضروری می‌باشد. در حالیکه جزء اصلی پلهای خاکی- فولادی شامل صفحات فولادی و خاک می‌باشد. صفحات فولادی قابل انبار کردن بوده و فضای کمی را اشغال می‌نمایند. پلهای خاکی- فولادی جهت اجرا علاوه بر مصالح، حداقل تجهیزات و ماشین آلات را نیاز دارند.

جدول (1-12) مقایسه مصالح و تجهیزات لازم جهت ساخت سازه های خاکی- فولادی با سازه های صلب بتنی

نگهداری سازه های خاکی فولادی

جدول (1-13) مقایسه زمان اجرای پلهای خاکی- فولادی و پلهای بتنی

نگهداری سازه قوسی فلزی

1-7-4- مقایسه رفتار پلهای خاکی- فولادی و پلهای بتنی در برابر زلزله
سریع الاحداث بودن پلهای خاکی- فولادی بدین معنی نیست که سازه موقت بوده و به صورت دائمی کاربرد ندارند. پلهای خاکی- فولادی هم اکنون در کشورهای زیادی نظیر کانادا و امریکا به عنوان سازه های دائم کاربرد دارند. پلهای خاکی- فولادی به دلیل انعطاف بیشتر نسبت به پلهای بتنی که کاملاً صلب می‌باشند، در برابر نیروهای خارجی به ویژه زلزله رفتار مناسبی دارند. در جدول (1-14) رفتار پلهای خاکی- فولادی و بتنی در برابر نیروی زلزله مورد مقایسه قرار گرفته است.

نگهداری سازه های خاکی فولادی

 

1-7-5- سازه های خاکی- فولادی از دیدگاه زیست- محیطی
آلودگی هایی که ممکن است حین اجرا و یا پس از اتمام اجرای سازه های خاکی- فولادی ایجاد شود، در بخش های ذیل قابل بررسی است:
1- آلودگی ناشی از تهیه مصالح اولیه
2- آلودگی در دوره اجرای سازه
3- آلودگی دوره بهره برداری
4- آلودگی حاصل از تخریب
1- آلودگی ناشی از تهیه مصالح اولیه. برای مقایسه میزان ایجاد آلودگی ناشی از تهیه مصالح، مواد اولیه سازه های بتنی و خاکی- فولادی مورد بررسی قرار می‌گیرند:
الف) مواد اولیه موردنیاز سازه های بتنی عبارتند از شن و ماسه، سیمان، آب، میلگرد
از آنجا که ابعاد دانه بندی شن و ماسه محدود بوده و ابعاد آن انتخابی است، اولاً منابع قرضه خاص لازم است؛ ثانیاً برای رسیدن به ابعاد دانه بندی موردنظر کارگاه های سنگ شکن نیاز می‌باشد که ایجاد گرد و غبار می‌نماید. همچنین در کارگاههای سنگ شکن، پس آب حاصل از ماسه شویی، لایه های زیر سطحی خاک را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
کلیه مراحل تهیه سیمان در کارخانه از تهیه سوخت تا فاضلاب و گرد و غبار ناشی از روند تولید سیمان به نحوی آلودگی زیست محیطی را در بر دارد. همچنین جهت اختلاط شن و ماسه و سیمان، تهیه آب ضروری است. از آنجا که مواد معدنی و آلی برای اختلاط مناسب نمی باشند، بایستی از منابع آب آشامیدنی تهیه شود و این امر با توجه به محدودیت منابع آب آشامیدنی مطلوب نمی باشد.
ب) مواد اولیه تشکیل دهنده سازه های خاکی- فولادی
همانطور که از نامش پیداست، خاک و فولاد می‌باشد. خاکی که برای کوبش اطراف سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد از نوع خاک درجه 3 بوده و مصرف زراعی چندانی ندارد. لذا منابع تهیه آن آسیبی به زمین های کشاورزی نمی رساند.
2- آلودگی در حین اجرای سازه. در تمامی پروژه های عمرانی عملیات خاکی جزء لاینفک ساخو ساز می‌باشد. اما در مقام مقایسه، عملیات خاکی سازه های خاکی- فولادی بیشتر می‌باشد. علی رغم آنکه اختلاط خاک و آب لازم است اما مقدار آب مورد استفاده در سازه های خاکی- فولادی در مقایسه با سازه های بتنی کمتر می‌باشد. در پروژه های بتنی، اختلاط مواد اولیه بتن، عمل آوری بتن و تراکم خاک اطراف سازه نیاز به آب دارد.
برای ساخت بتن، در حین اختلاط پس آب ناشی از آن ممکن است آلودگی خاک و سفره های آب زیرزمینی را در بر داشته باشد.
با توجه به اینکه سازه های خاکی- فولادی در مدت زمان کمتری نسبت به سازه های بتنی اجرا می‌شوند، می‌توان این مزیت را از دو جنبه بررسی کرد: اول آنکه به دلیل کوتاه بودن زمان اجرای سازه های خاکی- فولادی و نیاز به نیروی انسانی کمتر، آلاینده های ناشی از اسکان نیروی انسانی و فاضلاب، در مقایسه با سازه های بتنی کمتر است. دوم آنکه اجرای سازه های خاکی- فولادی، ماشین آلات کمتری نیاز داشته، لذا آلودگی صوتی، آلودگی هوا و مصرف سوخت کاهش می‌یابد.
3- آلودگی دوره بهره برداری. منظور از آلودگی دوره بهره برداری، آلاینده هایی می‌باشد که ممکن است در حین مرمت و بازسازی سازه ها بوجود آید. از آنجا که مواد لازم جهت بازسازی و مرمت هر سازه بایستی از جنس مواد تشکیل دهنده همان سازه باشد، آلاینده هایی که در این مرحله ایجاد می‌شوند مشترک با آلاینده های تهیه مصالح اولیه است.
4- آلودگی حاصل از تخریب. میزان آلودگی سازه ها، به امکان استفاده مجدد، میزان آلایندگی مواد اولیه و قابلیت بازیافت مواد سازنده آن بر می‌گردد. در مقام مقایسه، تمامی اجزاء سازه های خاکی- فولادی (خاک و فولاد) قابل استفاده مجدد بوده و جزء فلزی آن قابل بازیافت می‌باشد. اما یکی از عمده مشکلات سازه های بتنی آن است که پس از تخریب، امکان استفاده مجدد از مواد آن وجود ندارد.