ترجمه مقاله قوس کمانی
فصل 12
قوس کمانی
اهداف
پس از مطالعه این فصل شما باید قادر باشید:
• بین انواع مختلف منحنی های افقی تمایز قائل شوید
• اصطلاحات و هندسه قوس های کمانی را درک کنید
• مقادیر مساحی در امتداد خطوط مرکزی قوس های کمانی را محاسبه کنید
• منحنی های شعاع ثابت را برای اتصال بخشهای مستقیم جاده ها و راه آهن طراحی کنید.
• استفاده از بسته های نرم افزاری رایانه ای در طراحی قوس های کمانی
• خطوط مرکزی قوس های کمانی در محل را با استفاده از انواع روشهای مختلف تنظیم کنید
• مناسب ترین روش تنظیم برای موقعیت های مختلفی که در آن از قوس های کمانی استفاده می شود را انتخاب کنید
این فصل شامل بخشهای زیر است:
12.1 منحنی های افقی
12.2 قوس های کمانی و هندسه آنها
12.3 مساحی
12.4 طراحی قوس های کمانی
12.5 تنظیم منحنی های افقی در محل
12.6 تنظیم قوس های کمانی در محل با روش های سنتی
12.7 تنظیم قوس های کمانی در محل با استفاده از روش های مختصاتی
12.8 قوس کمانی استفاده شده در نمونه
تمرینات
مطالعه بیشتر و منابع اطلاعاتی
• اصطلاحات نمودارهای حمل مصالح
• ویژگی های منحنی حمل مصالح
• اقتصاد نمودارهای حمل مصالح
• انتخاب خط تعادل
• استفاده از نمودارهای حمل مصالح
بررسی اجمالی نمودارهای حمل مصالح
در طول عملیات ساخت و ساز پروژه های مهندسی خطی بلندمدت مانند جاده ها ، راه آهن و کانال ها ، ممکن است مقدار قابل توجهی از خاک وجود داشته باشد که باید برای ایجاد خاکریزها به محل آورده شود و در هنگام خاکبرداری از محل خارج شود. خاکی که به شکل خاکریزها ساخته شده ممکن است از قسمت دیگری از محل مانند تخلیه گاه تشکیل شده از مواد حفر شده (انبوهی از مواد زباله حاصل از حفاری) باشد یا از یک معدن در نزدیکی محل به منطقه وارد شود. گفته می شود هر خاکی که به این محل منتقل می شود ، استخراج شده است. خاک حفر شده برای خاکبرداری ممکن است در فواصل منظم در محل تخلیه در طول پروژه نشست پیدا کند تا انبوهی از مواد زباله حاصل از حفاری را برای استفاده بعدی در تشکیل خاکریز ایجاد کند و یا ممکن است با گسترش خاک در زاویه های راست خط مرکزی برای تشکیل لبه ها یا با کارتینگ آن دور از محل و نشست آن در مناطق محلی مناسب هدر رود.
این جابجایی خاک در سرتاسر محل می تواند بسیار گران باشد و از آنجا که اکثر هزینه های اینگونه پروژه ها معمولاً به خاک اختصاص می یابد ، ضروری است که هنگام برنامه ریزی نحوه استفاده از مواد در طول زمان ، مراقبت های زیادی در طول ساخت و ساز صورت گیرد. نمودار حمل مصالح نمودار حجم در برابر مساحی است که کمک زیادی به برنامه ریزی حرکت خاک می کند.
محور x نشان دهنده مساحی در امتداد پروژه از موقعیت مساحی صفر است.
محور y نشان دهنده حجم کل مواد تا هر مساحی از موقعیت مساحی صفر است.
هنگام آماده سازی نمودار حمل مصالح ، حجم خاکبرداری مثبت و حجم پر سازی منفی در نظر گرفته می شود. محورهای عمودی و افقی نمودار حمل مصالح معمولاً در مقیاس های مختلف ترسیم می شوند تا نمودار را اغراق کرده و در نتیجه استفاده از آن را تسهیل کنند.
نمودار حمل مصالح فقط خاک را در جهت طولی به جهت خط مرکزی پروژه جابجا می کند و هیچ حجم از ماده ای را که در زاویه راست به خط مرکزی جابجا شده است ، در نظر نمی گیرد.
از آنجا که نمودار حمل مصالح به سادگی یک نمودار از حجم کل در برابر مساحی است ، اگر حجم به طور مداوم با مساحی کاهش یابد ، پروژه کل خاکریز (پر سازی) است و تمام مواد باید به محل وارد شوند ، از آنجا که هیچ ماده پر کننده ای برای استفاده در دسترس نخواهد بود. چنین اتفاقی بسیار شامل حرکت خاک خواهد بود و بدیهی است که یک راه حل ایده آل نیست.
اگر تلاش بهتری در انتخاب سطح سازند مناسب انجام شود به گونه ای که بعضی از مناطق خاکبرداری توسط برخی مناطق پر کننده متعادل شود ، یک راه حل اقتصادی تر حاصل خواهد شد. به دلیل این ارتباط حیاتی بین سطح تشکیلات و نمودار حمل مصالح ، این دو معمولاً همانطور که در شکل 15.35 نشان داده شده است با هم ترسیم می شوند و بخش زیر نحوه انجام این کار را توصیف می کند.
شکل 15.35 . نمودار حمل مصالح
رسم نمودار
شکل 35.15 به شرح زیر ترسیم شده است.
• مساحت سطح مقطع در فواصل منظم فاصله افقی در طی پروژه ، در این مورد 50 متر محاسبه می شود.
• حجم بین مناطق متوالی و حجم کل در طول محل محاسبه می شود ، خاکبرداری مثبت و پرسازی منفی است.
• قبل از شروع نقشه کشی ، باید جدولی مشابه جدول نشان داده شده در جدول 15.3 تهیه شود.
یکی از ستون های جدول 15.3 ضریب بالکینگ و جمع شدگی را نشان می دهد. این موارد به دلیل این واقعیت است که مواد معمولاً هنگامی که در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد از آنچه در شرایط طبیعی اشغال می شود ، حجم متفاوتی را اشغال می کند. تعداد کمی از مواد می توانند به حجم اصلی خود بازگردند.
اگر 100 مترمکعب سنگ حفاری شود و سپس برای پرسازی استفاده شود ، ممکن است 110 متر را حتی پس از تراکم دقیق اشغال کند و گفته می شود سنگ تحت بالکینگ (حجیم شدن لجن) قرار گرفته و ضریب بالکینگ آن 1.1 است.
اگر 100 متر مکعب خاک رس استخراج شود و سپس برای پرسازی استفاده شود ، ممکن است پس از تراکم دقیق فقط 80 متر مکعب را اشغال کند و گفته می شود که خاک رس دچار جمع شدگی شده و ضریب جمع شدگی آن 0.8 است.
به دلیل ماهیت متغیر ماده یکسانی که در مناطق مختلف کشور یافت می شود ، استاندارد سازی ضرائب بالگینگ و جمع شدگی برای انواع مختلف خاک و سنگ غیرممکن است. بنابراین لیستی از این عوامل عمداً وارد نشده است زیرا این امر به معنای یکنواختی است که در عمل وجود ندارد. در عوض ، توصیه می شود دانش محلی در مورد مواد مورد بحث همراه با آزمایش بر روی نمونه های خاک و سنگ از منطقه در نظر گرفته شود تا ضرائب بالگینگ و جمع شدگی قابل اطمینان (که فقط مربوط به آن مکان خاص هستند) تعیین شود.
تا آنجا که به نمودار حمل مصالح مربوط می شود ، حجم پر شدن بسیار مهم است. به عنوان مثال ، اگر حفره در خاک 1000 متر باشد ، حجم مورد نیاز آن مقدار خاکبرداری است که حفره را پر می کند. دو روش وجود دارد که می تواند برای این بالکینگ و جمع شدگی امکان پذیر باشد. یا می توان حجم های پرشده محاسبه شده را با تقسیم کردن بر فاکتورهای اعمال شده بر نوع ماده موجود برای پر کردن اصلاح کرد یا می توان حجم های محاسبه شده خاکبرداری را با ضرب بر فاکتورهای اعمال شده بر نوع ماده موجود در خاکبرداری اصلاح کرد. در جدول 15.3 مورد آخر انجام شده است.
• مقطع طولی در امتداد خط مرکز پیشنهادی رسم شده است ، سطح تشکیلات پیشنهادی ارائه شده است.
• محورهای نمودار حمل مصالح در زیر پروفیل طولی رسم شده اند به گونه ای که مساحی صفر روی پروفیل با مساحی صفر روی نمودار منطبق است.
• حجم کل تا مساحی 50 متر در x = 50 متر رسم شده است. حجم کل تا مساحی 100 متر در x = 100 متر رسم شده است و به همین ترتیب برای بقیه نمودار ترسیم شده است.
• نقاط توسط منحنی ها یا خطوط مستقیم وصل می شوند تا نمودار نهایی حمل مصالح تکمیل شود.
اصطلاحات نمودارهای حمل مصالح
مقدار قابل توجهی از اصطلاحات در ارتباط با نمودارهای حمل مصالح وجود دارد و برخی از اصطلاحات استفاده شده در زیر تعریف شده اند.
• فاصله حمل فاصله از نقطه حفاری تا نقطه ای است که باید مواد تخلیه شوند.
• میانگین فاصله حمل فاصله از مرکز ثقل حفاری تا مرکز ثقل تخلیه گاه مواد است.
• مسافت حمل رایگان ، مسافتی است که معمولاً در قرارداد مشخص شده است و فقط برای حجم خاک حفر شده و نه برای جابجایی آن ، هزینه ای دریافت می شود. این مورد در بخش اقتصادی نمودارهای حمل مصالح در ادامه این فصل مورد بحث قرار می گیرد.
• حجم حمل رایگان ، همان حجم ماده ای است که در کل مسیر حمل رایگان منتقل می شود.
• فاصله مصالح حاصل از خاکبرداری خارج از محدوده ی حمل رایگان ، مسافت بیش از مسافت رایگان است که ممکن است برای حمل و نقل مواد لازم باشد. این مورد همچنین در بخش اقتصاد نمودارهای حمل مصالح بحث شده است.
• حجم مصالح حاصل از خاکبرداری خارج از محدوده ی حمل رایگان آن حجم از مواد است که بیش از میزان مسافت رایگان منتقل می شود.
• حمل و نقل. این اصطلاحی است که هنگام محاسبه هزینه های مربوط به خاک خاکی استفاده می شود و برابر است با مجموع محصولات هر حجم ماده و فاصله جابجایی آن. همچنین با کل حجم خاکبرداری ضرب شده بر میانگین مسافت حمل و در مورد نمودار حمل مصالح برابر است با مساحت موجود بین منحنی و خط تعادل (به بخش مربوط به خصوصیات منحنی حمل مصالح در زیر مراجعه کنید).
• حمل رایگان قسمتی از حمل است که در مسافت حمل رایگان وجود دارد.
• مصالح حاصل از خاکبرداری خارج از محدوده ی حمل رایگان آن قسمت از حمل است که پس از انتقال کالای رایگان باقی می ماند. که برابر است با حاصلضرب حجم مصالح حاصل از خاکبرداری خارج از محدوده حمل رایگان و فاصله مصالح حاصل از خاکبرداری خارج از محدوده ی حمل رایگان
• پسماند آن حجم از مواد است که باید به دلیل مرایگان یا نامناسب بودن بخشی از محل صادر شود.
• قرض، همان حجم ماده است که باید به دلیل کمبود مواد مناسب به بخشی از محل وارد شود.
خصوصیات منحنی حمل مصالح شکل 15.35 را در نظر بگیرید.
• هنگامی که منحنی رو به بالا است ، پروژه در حال خاکبرداری است زیرا حجم کل در حال افزایش است ، به عنوان مثال بخش ebg. هنگامی که منحنی در حال نزول است ، پروژه در حال پرسازی است ، زیرا حجم کل در حال کاهش است ، به عنوان مثال بخش gej. از این رو ، انتهای یک بخش در خاکبرداری با حداکثر نقطه روی منحنی ، به عنوان مثال نقطه g، و انتهای یک قسمت با پرسازی ، با حداقل نقطه روی منحنی ، به عنوان مثال نقطه j ، نشان داده می شود.
• فاصله عمودی بین حداکثر نقطه و حداقل نقطه بعدی رو به جلو نشان دهنده حجم یک خاکریز است ، به عنوان مثال (gh + kj) و فاصله عمودی بین حداقل نقطه و حداکثر نقطه جلوی بعدی نشان دهنده حجم خاکبرداری است ، به عنوان مثال (ef + gh)
هر خط افقی که منحنی حمل مصالح را در دو یا چند نقطه برش دهد ، تعادل را بین نقاط برقرار می کند. به همین دلیل به عنوان خط تعادل شناخته می شود.
در شکل 15.35 ، محور x یک خط تعادل است و حجم بین مساحی های a و b ، b و c ، و c و d متعادل می شوند ، یعنی تا زمانی که ماده مناسب باشد ، تمام مواد بین a خاک برداری شده و می توان از d برای تهیه مقدار دقیق پرشدگی مورد نیاز بین a و d استفاده کرد. محور X ، با این وجود ، همیشه بهترین خط تعادل را ارائه نمی دهد و این موضوع به طور مفصل در بخش انتخاب خط تعادل در ادامه این فصل مورد بحث قرار می گیرد.
هنگامیکه روی منحنی خط متعادل کشیده شد ، هر منطقه ای که بالای خط تعادل قرار دارد ، نشان می دهد که ماده باید به سمت راست منتقل شود و هر منطقه که در زیر خط تعادل قرار دارد ، نشان دهنده این است که ماده باید به سمت چپ منتقل شود. در شکل 35.15 ، پیکانهای موجود در مقطع طولی و نمودار حمل مصالح ، این جهت های حمل را نشان می دهند.
• طول خط تعادل بین نقاط تقاطع حداکثر فاصله حمل در آن بخش است ، به عنوان مثال حداکثر فاصله حمل در بخش bc مساحیc – مساحی b است.
• مساحت نمودار حمل مصالح موجود بین منحنی و خط متعادل برابر با حمل در آن بخش است ، به عنوان مثال منطقه afbea ، مساحت bgchb و مساحت ckdic.
اگر مقیاس افقی 1 میلی متر = Rm و مقیاس عمودی 1 میلی متر = Sm3 باشد ، مساحت Tmm2 نمایانگر حملm3 TRS است. این منطقه را می توان با استفاده از یکی از روشهای بحث شده در بخش 15.2 اندازه گیری کرد. توجه داشته باشید که واحدهای حمل m3m هستند (یک متر مکعب از فاصله یک متر حرکت می کند).
به جای محاسبه مرکز ثقل خاکبرداری و تخلیه گاه مواد که می تواند یک کار دشوار باشد ، می توان با تقسیم حمل در آن بخش به حجم موجود به راحتی میانگین فاصله حمل در هر بخش را بین b و c یافت.
• اگر حجم اضافی باقی بماند ، این حجم اضافی پسماندی است که باید از محل خارج شوند ، به عنوان مثال Im. اگر در پایان پروژه کمبود خاک مشاهده شود ، وام است که باید به محل وارد شود. این امکان وجود دارد که زباله و وام در هر نقطه از محل وجود داشته باشد و این موضوع نیز در بخش انتخاب خط تعادل بحث شده است.
اقتصاد نمودارهای حمل مصالح
هنگام هزینه یابی حمل خاک ، چهار هزینه اساسی وجود دارد که معمولاً در قرارداد پروژه بیان شده است.
هزینه حمل رایگان
هر خاکی که در مسافتی بیشتر از مسافت رایگان جابجا نشود فقط با حفر حجم آن یعنی A £ در هر متر مکعب هزینه می شود.
هزینه مصالح حاصل از خاکبرداری که خارج از محدوده ی مسافت رایگان است
هر خاکی که در مسافتی بیشتر از مسافت حمل رایگان جابجا شود ، هم برای حجم آن و هم برای مسافت بیش از مسافت رایگان که از آن جابجا شده است ، شارژ می شود. این شارژ را می توان برای واحدهای حمل ، یعنی B£ در متر مربع ، یا برای واحدهای حجمی ، £ C در هر متر مکعب تعیین کرد.
هزینه پسماند
هر ماده اضافی یا نامناسب که باید از محل خارج شده و در یک تخلیه گاه مواد قرار گیرد ، معمولاً با واحد حجم ، D £ در هر متر شارژ می شود. بسته به نزدیک بودن تخلیه گاه مواد ، این هزینه ممکن است از یک قسمت در محل به قسمت دیگر متفاوت باشد.
هزینه وام
هر ماده اضافی که باید برای جبران کمبود به محل آورده شود نیز معمولاً با واحد حجم ، یعنی E£ در هر متر شارژ می شود. این شارژ همچنین می تواند بسته به نزدیک بودن منابع قرضه یا انباشت انبوه از یک قسمت از محل به قسمت دیگر متفاوت باشد.
مثال زیر نشان می دهد که چگونه هزینه های حمل رایگان و مصالح حاصل از خاکبرداری که خارج از محدوده ی مسافت رایگان قابل محاسبه است. مثال 15.8 نشان می دهد که چگونه هزینه های وام و پسماند می تواند بر تصمیم نهایی در مورد نحوه جابجایی خاک به اطراف محل تأثیر بگذارد.
مثال 15.7: هزینه یابی با استفاده از نمودارهای حمل مصالح
سوال
در پروژه ای که در مورد آن بخشی از نمودار حمل مصالح در شکل 15.36 نشان داده شده است ، فاصله حمل رایگان 100 متر تعیین شده است. اگر بار جابجایی مواد در فاصله حمل رایگان A£ در متر مکعب باشد و برای جابجایی هرگونه مصالح حاصل از خاکبرداری که خارج از محدوده ی مسافت رایگان B£ در هر m3m باشد هزینه حمل خاک/ خاکبری را در مقطع بین مساحی 100 متر و 400 متر محاسبه کنید.
