مباني ساده شده ي طراحي پي هاي سطحي با ملاحظه ي معيارهاي ژئوتکنيکي، سازه اي و اجرايي
چکيده
مراحل احداث پروژه هاي ساختماني در ميان ساخت و سازهاي وسيع و متنوع از گستره و اهميت قابل توجهي در صنعت عمران برخوردار است. فونداسيون به عنوان بخش مهمي از ساختمان، در راستاي انتقال بار از روسازه به شالوده از سيستم هاي مختلفي تشکيل شده است که از متداول ترين آن ها پي هاي منفرد (تک) مي باشد. جهت تسهيل در طراحي و تسريع در تصميم گيري با تکيه بر معيارهاي ژئوتکنيکي، سازه اي و اجرايي متدي ساده شده جهت استفاده ي عموم مهندسان عمران تدوين شده است. بر مبناي اثر گسترش تنش حاصل از بارگذاري پي ها در زمين و با در نظر گرفتن عمق مربوط به نسبت تغييرات افزايش فشار خالص پي به قرار 5 درصد تنش مؤثر ژئواستاتيکي به عنوان مبناي اکتشافات زير سطحي، نمودارها و يا جداول ساده کننده اي در تعيين عمق و گستره ي مطالعات ژئوتکنيکي ارائه شده است. با مبنا قرار دادن مقادير توان بارداري و نشست محاسباتي مربوط به يک فونداسيون مرجع، مي توان با تغيير ابعاد پي، توان باربري و نشست ديگر پي ها را محاسبه کرد که منجر به کاهش قابل ملاحظه ي حجم محاسبات و تصميم گيري سريع تر در خصوص طراحي و انتخاب پي هاي منفرد متنوع مي شود. با توجه به اهميت طراحي سازه اي براي پي هاي سطحي، روش هاي گام به گام دستي متداول محاسباتي، طولاني و وقت گير مي باشد. با مشخص بودن ميزان بار وارده، ظرفيت باربري مجاز، نوع بتن و آرماتور مصرفي مي توان عمق مؤثر پي و ميزان آرماتور مورد نياز را با استفاده از نمودارها و يا جداول به سهولت تعيين نمود. براي مقايسه ي سيستم پي انتخابي و تصميم گيري، جدول شاخص هاي هزينه ي اجرايي سيستم هاي مختلف فونداسيون ارائه شده است. در مجموع با ملاحظه ي جنبه هاي ساده شده ي پيشنهادي اعم از ژئوتکنيکي، سازه اي، اجرايي و اقتصادي، مهندس عمران قادر به طراحي و انتخاب سيستم فونداسيون بهينه خواهد بود.
کليد واژه ها: فونداسيون منفرد، مطالعات ژئوتکنيک، توان باربري، نشست، طراحي سازه اي، شاخص هاي هزينه اي اجراي پي ها.
مقدمه
پروژه هاي عمراني بر خاک، با خاک و يا در خاک ساخته مي شوند. انتقال بار از روسازه به زمين توسط عنصري واسطه به نام پي يا فونداسيون انجام مي گيرد. پي هاي سطحي از متداول ترين فونداسيون ها، به خصوص براي پروژه هاي ساختماني و ديوارها بوده و اغلب عمق استقرار آن ها کم تر از عرض شان مي باشد. از ميان پي هاي سطحي متداول اعم از منفرد، نواري، شبکه اي و گسترده، پي هاي منفرد که بار يک ستون را متحمل مي شوند، از ساده ترين، معمول ترين و عمدتاً کم هزينه ترين نوع پي ها مي باشند. بر اساس قواعد زمين شناسي، مکانيک خاک و سنگ و نيز مهندسي سازه و با به کارگيري قضاوت مهندسي، مراحل تحليل طراحي و اجراي پي ها دنبال مي شود. ملاحظات عمده ي زير در طراحي پي ها به کار گرفته مي شود:
1- مطالعات ژئوتکنيک
2- تعيين توان باربري
3- کنترل نشست
4- طراحي سازه اي
6- ملاحظات اجرايي و اقتصادي
در مطالعات ژئوتکنيک بسته به اهميت پروژه، خصوصيات خاک و سنگ بستر اعم از ويژگي هاي فيزيکي، مکانيکي، پارامترهاي مقاومت، سختي و ويژگي هاي اندرکنشي آب و خاک جمع آوري مي شود تا بتوان پروفيل مناسبي از زمين بستر در اختيار داشته تا بتوان راجع به ظرفيت باربري ايمن و مجاز خاک زير پي، پتانسيل ناپايداري، منابع قرضه و در نهايت چگونگي ساخت و ساز در آن اظهار نظر نمود. توان باربري ايمن متضمن عدم وقوع گسيختگي از نوع برشي و يا موضعي بوده، در حالي که توان باربري مجاز مربوط به رواداري هاي قابل تحمل توسط روسازه از قبيل نشست هاي يکنواخت و نايکنواخت، چرخش ها، کجي ها و جابه جايي ها مي باشد. در طراحي سازه اي، مصالح و ابعاد لازم در پي به گونه اي انتخاب مي گردد که مقاطع مختلف فونداسيون در مقابل نيروهاي داخلي اعم از کشش، فشار و برش داخلي مقاومت کافي داشته و در مقابل عوامل مهاجم اعم از فرسايش و خوردگي مقاوم باشد. ناپايداري ها شامل لغزش، چرخش و واژگوني عموماً مربوط به پي تحت بارهاي افقي، مايل و برکنش بوده که مباحث طراحي خارجي و يا کنترل پايداري را شامل مي شود.
قبل از نهايي نمودن نوع پي انتخابي، غالباً بايد هزينه هاي مربوط به اثرات متقابل تغييرات در طراحي روسازه و زيرسازه را ارزيابي نمود تا اين که طراحي پي مطمئن و پايدار علاوه بر تأمين جنبه هاي فني فوق الذکر، اجرايي و اقتصادي و در نهايت بهينه باشد. در مقاله ي حاضر با تکيه بر آناليز، طراحي و اجراي پي هاي سطحي سعي شده است روشي ساده و سريع به کمک جداول يا گراف بر مبناي توزيع تنش در عمق و مبتني بر توصيه ي هندبوک ها جهت گستره ي مطالعات ژئوتکنيک پيشنهاد شود. با داشتن محاسبات طولاني و تکراري اجتناب نمود. به علاوه طراحي سازه اي شامل انتخاب هندس، ضخامت و تعبيه ي آرماتور لازم نيز مبتني بر جداول يا اشکال شده، تا علاوه بر سرعت در محاسبات، قدرت تصميم گيري و بهينه سازي افزايش يابد. به علاوه مي توان بر مبناي تجارب حاصل از فونداسيون هاي ساخته شده ارزيابي مناسب اجرايي و اقتصادي از انواع پي هاي سطحي به عمل آورد. در نهايت، با در اختيار داشتن ابزارهاي کمکي و ساده کننده مي توان طراحي بهينه ي پي را با سرعت مناسبي انجام داد.
گستره ي مطالعات ژئوتکنيک
کليات
مطالعات ژئوتکنيک تجزيه و تحليل اطلاعات به دست آمده از طريق پيمايش هاي سطحي، تجارب و شواهد محلي حاصل از ساخت و سازهاي موجود، آزمايش هاي غيرتخريب، حفاري و گمانه زني، آزمون هاي درجا و آزمايشگاهي مي باشد. بر اساس مطالعات ژئوتکنيک علاوه بر حصول پارامترهاي فيزيکي و مکانيکي خاک و سنگ بستر، شاخص هاي مقاومتي و سختي براي تعيين باربري و نشست به دست مي آيد و به علاوه مي توان راجع به منابع قرضه، انتخاب روش اجرا، ارزيابي هاي ژئوزيست محيطي و پتانسيل ناپايداري ها بررسي هايي را به عمل آورد و در نهايت طراحي به نتايج مطمئن، اقتصادي و بهينه منجر مي گردد.
چگونگي انجام مطالعات ژئوتکنيک به نوع، اندازه و اهميت سازه، انتظارات کارفرما، ميزان آشنايي مهندس طراح با رفتار خاک در سايت و در نهايت کدهاي رايج محلي بستگي دارد. ذکر اين نکته ضروري ست که توصيه و فرمول دقيق و عمومي جهت تعيين تعداد و عمق گمانه ها ارائه نشده است؛ و اين مورد تابعي از شرايط و پيچيدگي هاي خاک محل، نوع پروژه، تجهيزات موجود و در دسترس تجارب قبلي و مشابه و در نهايت، قضاوت مهندسي مي باشد. به استناد راهنماي پي سازي کاناد CFEM، (1992) در ساختمان هاي با پلان بزرگ تر از m2 250 و کم تر از m2 1000 حداقل 4 گمانه و يا چاه شناسايي لازم است. اگر زمين مسطح و شرايط خاک عادي باشد و دو گمانه ي اولي شرايط مشابه و عادي را نشان دهند مي توان به سه مورد گمانه نيز اکتفا نمود.
پيش بيني تعداد و عمق گمانه ها و همچنين فاصله ي آن ها از يکديگر ارتباط مستقيمي با نوع طرح، عدم يکنواختي خاک در پلان، تنوع خاک در پروفيل و قضاوت مهندسي و امکانات اقتصادي طرح دارد. به طور کلي هر چه پروژه مهم تر و يا لايه هاي تحت الارضي متغيرتر و ضعيف تر باشد تعداد گمانه ها بيش تر، عميق تر و يا فاصله ي بين گمانه ها بايد کم تر باشد. در تمامي سازه هاي احداثي عمق محدودي از خاک زير پي تحت تأثير تنش هاي خالص زير سازه قرار گرفته و در محاسبات توان باربري و نشست مورد استفاده قرار مي گيرد. به عبارت ديگر، محدوده ي بررسي ها در پلان و پروفيل بايد محدوده ي گسترش تنش هاي حاصل از احداث بنا و ناحيه ي همپوشاني فونداسيون هاي مربوطه را دربر گيرد. بررسي تئوري هاي مختلف توزيع تنش نشان مي دهد که هر چه تنش خالص وارد بر بستر پي بيش تر باشد محدوده ي وسيع تري در کف و اطراف تحت تأثير واقع شده و با افزايش ابعاد پي، ژرفاي زمين تحت تأثير، بيش تر مي شود.
تعيين عمق و گستره ي حفاري
راهنماي پي سازي کانادا CFEM، (1992) و انجمن مهندسان عمران آمريکا، ASCE (1972) توصيه مي نمايند که حداقل عمل گمانه ها محدوده اي است که اضافه تنش ناشي از بارگذاري سازه ي مورد نظر در آن عمق به کم تر از 10 درصد مقدار آن در سطح و يا به کم تر از 5 درصد تنش مؤثر در آن عمق (هر تنش که کم تر باشد) برسد.
معيار 10 درصد تنش در عمق محدوده ي 2 تا 4 برابر عرض پي را براي پي هاي مربعي تا نواري دربر دارد ولي قبل از انجام مطالعات ژئوتکنيک چون اطلاعات دقيقي از توان باربري خاک محل در دسترس نمي باشد مبناي مطالعاتي در عمق بر اساس ضرايبي از عرض پي تا حدودي مشکل مي باشد. از طرف ديگر سطوح اشغال پي هاي منفرد در نهايت مي تواند تمام پلان را دربر گرفته و لذا با توجه به گسترش حباب هاي تنش در زير پي هاي منفرد، در بررسي تنش ها در عمق زير پي هاي سطحي با معيار 5 درصد از تنش مؤثر و با توجه به همپوشاني و تداخل تنش مطابق شکل 1 مي توان گستره ي حباب تنش پي هاي منفرد را معادل گستره ي تنش در زير پي گسترده ي سطحي فرض نمود.
با فرض توزيع تنش 2 به 1 در زير پلان ساختمان و در نتيجه هم پوشاني تنش ها و معادل سازي سطوح کليه ي پي هاي منفرد با يک پي گسترده ي سطحي با ابعاد B*L، عمق حداقل گمانه (H) با استفاده از رابطه ي زير محاسبه مي شود:
که در آن B و L به ترتيب عرض و طول زمين زيربنا در پلان qavg فشار وارده از مجموع طبقات، H حداقل عمق بررسي ها بر اساس 5 درصد معيار تنش مؤثر برابر با تنش روسازه در عمق مي باشد. با فرض
.
طرفين را بر
تقسيم مي نماييم.
با فرض
خواهيم داشت:
با فرض مقادير وزن مخصوص و درنظر گرفتن تنش اعمالي
بر بستر پي ناشي از وزن طبقات اعم از زنده و مرده و ملاحظه ي ابعاد پي مي توان حداقل عمق مناسب جهت گمانه ي اکتشافي را به دست آورد. با مشخص شدن عمق حداقل گمانه (H) مي توان محدوده ي گستره ي اکتشافات (در پلان) را با استفاده از روابط زير تعيين نمود:
که در رابطه ي فوق H عمق حداقل اکتشافات
طول محدوده ي شناسايي و
عرض محدوده ي شناسايي در اطراف بنا مي باشد. در صورت بالا بودن سطح آب زيرزميني بايد وزن مخصوص غوطه ور
را در محاسبات منظور نموده و بالطبع عمق شناسايي ها افزايش مي يابد. نتيجه ي حل معادلات 6، 7 و 8 را مي توان به صورت گرافيک مطابق اشکال 2- الف و 2- ب و يا مطابق جداول 1- الف و 1- ب ارائه نمود که با داشتن
B و L (عرض و طول پلان ساختمان) مي توان مقادير H (عمق شناسايي)
عرض و طول محدوده ي شناسايي ها را تعيين نمود.
کاهش در عمق شناسايي هاي حاصله از معيارهاي فوق وقتي که به سنگ بستر و يا خاک متراکم مواجه مي شويم مي تواند مورد تجديد نظر قرار گيرد. به علاوه اگر بستر از نوع رس تحکيم عادي و نشست پذير باشد ممکن است ضرورت حفاري ها و بررسي هاي عميق تر بيش از مربوط به 10 درصد تنش حاصل از بارگذاري و 5 درصد تنش مؤثر ملاک عمل قرار گيرد.
مثال عملي جهت تعيين گستره ي مطالعات ژئوتکنيک براي يک ساختمان 7 طبقه ي مسکوني
يک ساختمان هفت طبقه ي زيرزميني مستطيلي به ابعاد پلان
قرار است احداث گردد. اگر از سيستم هاي متنوع منفرد استفاده شود و دانسيته ي متوسط خاک محل
باشد و تراز آب زيرزميني پايين تر از 25 متر باشد. فشار معادل هر طبقه مستقل از بارهاي مرده يا زنده و ديوارها به قرار
مي باشد. با احتساب هفت طبقه ي ساختمان فشار معادل بر پلان به قرار
مي شود. عمق و گستره ي مطالعات ژئوتکنيک چه محدوده اي را دربر مي گيرد؟ (وزن پي با خاک گودبرداري شده معادل گرفته شده در محاسبات اضافه تنش منظور شده است)
گام اول: محاسبه ي qavg :
گام دوم: محاسبه ي H عمق مناسب شناسايي با استفاده از شکل 2- الف يا جدول 1- الف
شکل 2: تعين مقدار عمق مطالعات اکتشافي (H) بر اساس معيار معادل سازي تنش در عمق 5 درصد تنش مؤثر
جدول 1- الف: مقادير H/B جهت تعيين مقدار عمق اکتشافي (H) بر اساس برابري تنش حاصل از روسازه با 5 درصد تنش مؤثر خاک براي
| L/B | Pavg/B |
| 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
| 638/0 | 635/0 | 632/0 | 627/0 | 622/0 | 614/0 | 603/0 | 586/0 | 558/0 | 497/0 | 1/0 |
| 01/1 | 00/1 | 993/0 | 983/0 | 971/0 | 955/0 | 933/0 | 90/0 | 846/0 | 737/0 | 2/0 |
| 290/1 | 280/1 | 269/1 | 255/1 | 237/1 | 213/1 | 181/1 | 134/1 | 059/1 | 912/0 | 3/0 |
| 527/1 | 514/1 | 499/1 | 48/1 | 457/1 | 426/1 | 385/1 | 33/1 | 233/1 | 06/1 | 4/0 |
| 733/1 | 718/1 | 699/1 | 676/1 | 647/1 | 611/1 | 561/1 | 490/1 | 381/1 | 175/1 | 5/0 |
| 918/1 | 899/1 | 877/1 | 851/1 | 817/1 | 774/1 | 717/1 | 637/1 | 512/1 | 281/1 | 60/0 |
| 086/2 | 065/2 | 04/2 | 009/2 | 971/1 | 923/1 | 585/1 | 768/1 | 630/1 | 380/1 | 70/0 |
| 241/2 | 217/2 | 189/2 | 155/2 | 113/2 | 06/2 | 988/1 | 889/1 | 738/1 | 464/1 | 80/0 |
| 386/2 | 359/2 | 328/2 | 291/2 | 244/2 | 185/2 | 108/2 | 000/2 | 838/1 | 550/1 | 90/0 |
| 521/2 | 492/2 | 458/2 | 418/2 | 367/2 | 304/2 | 220/2 | 105/2 | 930/1 | 620/1 | 00/1 |
جدول 1- ب: مقادير H/B جهت تعيين مقدار عمق اکتشافي (H) بر اساس برابري تنش حاصل از روسازه با 5 درصد تنش مؤثر خاک براي
| L/B | Pavg/B |
| 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
| 593/0 | 591/0 | 588/0 | 584/0 | 579/0 | 572/0 | 562/0 | 547/0 | 530/0 | 466/0 | 1/0 |
| 942/0 | 936/0 | 929/0 | 921/0 | 91/0 | 896/0 | 876/0 | 846/0 | 797/0 | 969/0 | 2/0 |
| 211/1 | 202/1 | 192/1 | 179/0 | 163/1 | 141/1 | 12/1 | 07/1 | 000/1 | 864/0 | 3/0 |
| 436/1 | 425/1 | 41/1 | 394/1 | 373/1 | 345/1 | 307/1 | 253/1 | 167/1 | 1 | 4/0 |
| 633/1 | 619/1 | 602/1 | 581/1 | 555/1 | 521/1 | 476/1 | 411/1 | 309/1 | 117/1 | 5/0 |
| 809/1 | 793/1 | 722/1 | 748/1 | 717/1 | 678/1 | 626/1 | 551/1 | 435/1 | 219/1 | 60/0 |
| 97/1 | 951/1 | 928/1 | 9/1 | 865/1 | 82/1 | 761/1 | 678/1 | 549/1 | 311/1 | 70/0 |
| 118/2 | 096/2 | 07/2 | 04/2 | 000/2 | 951/1 | 885/1 | 793/1 | 652/1 | 395/1 | 80/0 |
| 256/2 | 232/2 | 204/2 | 169/2 | 126/2 | 072/2 | 000/2 | 901/1 | 748/1 | 473/1 | 90/0 |
| 386/2 | 359/2 | 328/2 | 291/2 | 244/2 | 185/2 | 110/2 | 2 | 838/1 | 545/1 | 00/1 |
گام سوم: تعيين گستره ي حفاري در پلان
ساورز و ساورز [4] Sowers & Sowers (1972) رابطه ي کلي زير را در تعيين عمق مناسب شناسايي ها پيشنهاد نمودند:
که در رابطه ي فوق s تعداد طبقات و A ضريبي است که بر حسب نوع خاک مقدار آن بين 3 تا 6 پيشنهاد شده است و
عمق پيش بيني شده ي استقرار پي مي باشد. براي مثال فوق با فرض مقادير متوسط A و فرض 1 متر براي عمق استقرار پي عمق مناسب اکتشافي به قرار 5/18 متر به دست مي آيد. که همخواني مناسبي را با نتيجه ي مثال مورد نظر نشان مي دهد.
تعيين توازن باربري و نشست و فونداسيون مرجع کليات
از جنبه هاي مهم و قابل ملاحظه به خصوص در طراحي پي هاي سطحي تعيين توان باربري و کنترل نشست در رابطه با سرويس دهي و اهميت روسازه مي باشد. توان باربري خاک زير پي از روش هاي آناليز استاتيکي، روابط تجربي بر مبناي نتايج آزمايشات درجا، آزمايشات بارگذاري در محل و در نهايت روابط ساده شده توسط کدها و مراجع تعيين مي گردد. تحليل باربري پي در ابتدا به کمک آناليز استاتيکي صورت گرفته و پس از تعيين توان باربري نهايي
، با اعمال ضريب اطمينان حدود 2 تا 3 به آن توان باربري ايمن خاک،
به دست مي آيد.
اگر بنا به ملاحظات کنترل نشست و حصول محدوده ي مجاز مجبور به کاهش مقدار
شده تا حدي که مقدار فشار
منجر به تامين معيارها در مورد نشست ها و جابه جايي هاي يکنواخت و غيريکنواخت در محدوده ي مجاز گردد در آن صورت توان باربري مجاز
را خواهيم داشت.
در اغلب پروژه ها با تعداد زيادي از سيستم پي هاي منفرد با ابعاد مختلف مواجه هستيم جهت صرفه جويي در محاسبات و انتخاب پي ها با ابعاد مختلف لازم است محاسبات صورت گرفته براي يک پي را به عنوان مبنا يا مرجع قرار داده و با تناسبات لازم وضعيت باربري و نشست ديگر پي ها و نيز هندسه ي آن ها را مشخص نمود.
تعيين توان باربري بر اساس پي مرجع
معمولاً در عرف مهندسي ژئوتکنيک جهت سادگي و سهولت در محاسبات براي خاک هاي دانه اي از قبيل شن و ماسه پارامتر چسبندگي تقريباً ناچيز (C=0) و براي خاک هاي ريزدانه و چسبنده از قبيل رس و در پاره اي موارد لاي (که در شرايط کوتاه مدت وضعيت زهکشي نشده و تنش هاي کلي بر باربري آن ها حاکم است) پارامتر اصطکاک داخلي،
را مساوي صفر گرفته و در مجموع رابطه ي پايه ي توان باربري براي پي هاي نواري به قرار زير مي باشد:
که در آن
توان باربري نهايي،
ضرايب ظرفيت باربري که تابعي از
بوده، B و Df عرض و عمق استقرار پي، C چسبندگي، توان باربري مجاز و F.S ضريب اطمينان مي باشد.
ملاحظه مي گردد که B و Df مربوط به مشخصات هندسه ي پي در توان باربري مؤثرند. براي اجراي تعداد بيشماري از پي هاي منفرد در يک سايت جهت سهولت در اجرا معمولاً Df را يکسان در نظر مي گيرند. در خاک هاي درشت دانه (ماسه) براي طراحي دو پي با ماکزيمم مقاومت مجاز داريم:
با احتساب اين که در يک گروه فونداسيون سايز فونداسيون هاي منفرد حداکثر 2 تا 3 فوت (60 تا 90 سانتيمتر) اختلاف داشته و با احتساب ضرايب اصلاحي مربوط به شکل پي، مي توان عبارت داخل کروشه را براي پي مورد نظر (شماره i) و پي مرجع (ref) تقريباً يکي گرفته، بنابراين:
جهت محاسبه ي نيروي وارده روي هر پي
و در نتيجه براي پي هاي مربعي:
(15) با ضريب طرفين در
در رس و براي طراحي دو پي با ماکزيمم مقاومت مجاز داريم:
که در اين صورت براي پي مورد نظر (i) و پي مرجع (ref)
با ضريب صورت و مخرج کسر در
جهت حصول ظرفيت بار وارده، داريم:
در نتيجه با طراحي پي مرجع با ابعاد
و داشتن
مي توان براي پي هاي ديگر با ابعاد
مقادير
را در ماسه و رس به دست آورد.
مثال عملي جهت تعيين توان باربري بر مبناي پي مرجع
در يک طرح ساختماني پارامترهاي مقاومتي خاک محل به قرار
و
و وزن مخصوص متوسط
مي باشد، خاک بستر اشباع بوده و بر اساس محاسبات توان باربري، تحت بار سرويس
يک پي مربعي منفرد با ابعاد
> و عمق استقرار
در نظر گرفته شده است. اگر ستون مجاور پي فوق تحت بار سرويس
با همان عمق استقرار باشد ابعاد مورد نياز پي را محاسبه نماييد.
نتايج محاسبات ظرفيت باربري به صورت زير مي باشد:
و ضرايب شکل :
و ضرايب عمق:
با فرض ضريب اطمينان 25 توان باربري مجاز
محاسبه مي شود.
براي پي منفرد در ماسه در:
تعيين نشست بر اساس پي مرجع
غالباً نشست سازه ها در اثر تغيير حجم و جابه جايي زمين و يا زيرسازه تحت تنش هاي حاصل از بارگذاري به وقوع مي پيوندد. مجموعه ي تغيير شکل ها در خاک در نتيجه ي تغيير الاستيکي و پلاستيکي دانه ها، تغيير حجم توده خاک در نتيجه خروج هوا و آب از منافذ و جابه جايي کلي برش ذرات و توده ي خاک حادث مي شود. بار وارده، مشخصات خاک و هندسه ي پي در تعيين نشست مؤثر بوده و بنابراين مباحث تعيين باربري و تخمين نشست اندرکشي بوده و نمي توان به طور مجزا به آن ها پرداخت. از عوامل مؤثر در بروز نشست مي توان فشردگي و جابه جايي الاستيکي خاک در اثر بارگذاري، وقوع تحکيم در اثر اعمال بار و افزايش فشار منفذي و متعاقب آن زهکشي و خروج آب از منافذ در خاک هاي ريزدانه و اشباع، تغيير شکل مصالح مصرفي در پي، فعاليت هاي ساخت و ساز در همسايگي و عوامل محيطي از قبيل عبور ترافيک، وقوع انفجار، انقباض خاک، آب شستگي، نرم شدگي خاک و سنگ ها تحت عوامل محيطي رانام برد. به طور کلي براي نشست هاي آني و نيز تحکيمي روابطي در مکانيک خاک و مهندسي پي مدون شده که مي توان مقادير نشست هاي حاصل را به دست آورد. بر اساس تئوري الاستيسيته، نشست يک پي مستطيلي و يا دايره اي تحت بار يکنواخت براي يک محيط نيمه فضا و الاستيک مي تواند از رابطه ي زير به د ست آيد:
که در آن q فشار تماسي، B عرض پي و يا قطر پي دايره اي و
ثابت تناسب مي باشد. ضريب
تابعي از شکل پي، صليب، عمق استقرار، نسبت طول به عرض، ضريب پواسون و تأثير فشارهاي وارده مي باشد.
با استفاده از معادله ي 21 براي مقايسه ي نشست هاي دو پي مشابه واقع بر يک خاک، مي توان K را يکسان گرفته و لذا
اگر طراحي بر مبناي مقادير مجاز نشست ها انجام شود مثلاً 1 يا (mm 25) داريم:
با ذکر اين نکته که دو پي مورد مقايسه بايد در يک رقوم واقع و حدود صليب آن ها تقريباً يکسان باشد در نتيجه:
تحقيقات بر روي مقادير
براي پي هاي مربعي و دايره اي از يک طرف و پي هاي نواري از طرف ديگر نشان مي دهد که براي پي هاي نواري رابطه ي 21 به صورت زير مي باشد. بنابراين تحت شرايط يکسان مي توان مقايسه را بين نشست پي هاي مربعي (Square) و نواري (Strip) به عمل آورد کما اين که نقاط هم تنش يکسان بر روي پي هاي نواري حدود دو برابر براي پي هاي مربعي را نشان مي دهد.
براي نشست هاي يکسان پي مربعي و نواري،
داريم:
در روابط فوق P براي پي مربعي بر حسب واحد نيرو مثلاً (ton) ولي براي پي نواري بر حسب واحد نيرو بر واحد طول مثلاً تن بر متر مي باشد.
مثال عملي جهت تعيين نشست بر مبناي پي مرجع
در يک پروژه ي ساختماني ميزان نشست يک پي منفرد به ابعاد m 25*25 تحت بار 95ton به قرار 1 اينچ (2.5cm) محاسبه شده است. نشست فونداسيون منفرد مجاور ستون فوق به ابعاد 18*18m تحت بار 95ton را تعيين نماييد.
منبع: ماهنامه ي فني - تخصصي دانش نما، شماره ي پياپي 173-172. ادامه دارد...