آشنایی با پی های سطحی و انواع نشست در آن ها

آشنایی با پی های سطحی و انواع نشست در آن ها

در این پست تصمیم داریم در مورد آشنایی با پی های سطحی  و بررسی نشست در آن ها مطالبی را در اختیار شما بازدیدکنندگان قرار دهیم.

مقدمه

پی های سطحی به پی هایی گفته می شود که در عمق کم و نزدیک سطح زمین ساخته می شوند، به طوری که عمق استقرار آن ها کمتر از سه برابر عرض پی می باشد این پی ها شامل پی های منفرد، مرکب، نواری، شبکه ای و گسترده می باشند.

نشست سازه ها بر اثر تغییر شکل و جابجایی زمین، تغییر حجم خاک بستر و یا زیر سازه تحت تنش های حاصل از بارگذاری و باربرداری بوقوع می پیوندد. تغییر شکل تحت تنش موثر ثابت، خزش نامیده می شود، در حالی که تغییر شکل تحت افزایش تنش را جابجایی و یا فشردگی می نامند. مجموعه تغییر شکل های فوق در نتیجه تغییر حجم الاستیکی و پلاستیکی دانه ها، تغییر حجم توده خاک در نتیجه خروج آب و هوا از منافذ و جابجایی کلی برشی ذرات و یا توده خاک احداث می شود.

عمدتا در طراحی پی های سطحی، نشست عامل کنترل کننده در تعیین قابلیت باربری مجاز است. در تعیین توان باربری مجاز عواملی از جمله هندسه پی، مقاومت و سختی خاک زیر پی و ملاحظات سرویس پذیری روسازه به دلیل تحمل تغییر شکل ها مطرح بوده و بنابراین موارد، توان باربری و نشست زیر پی در تعامل با هم بوده و نمی توان به صورت مجزا به آن ها پرداخت.

خاک ها در محدوده کوچکی از تغییر شکل ها به صورت الاستیک عمل می کنند و در مجموع خاک مصالحی همگن و ایزوتروپ نبوده و عواملی چون تاریخچه تنش، وجود آب و هوا در خاک، تاثیرگذاری بارهای دینامیکی در رفتار دانه های تشکل دهنده خاک، پیچیدگی در تعریف مناسب و دقیق شرایط مرزی باعث می شود که نتوان همانند دیگر مصالح سازه ای تغییر شکل ها و جابجایی های خاک را به سهولت و با روابط ساده، تعیین و محاسبه نمود. تعیین خصوصیات الاستیکی خاک، یعنی مدول الاستیسیته و ضریب پواسون نیز با مشکلات و ابهاماتی همراه است.

نشست پی های سطحی در خاک های ریزدانه با دقت کمتری نسبت به توان باربری آن ها به دست می آید زیرا تخمین نشست در پی های سطحی به عوامل متعددی وابسته است که توجیه رفتار آن ها نیازمند به قضاوت مناسب مهندسی است. از مهمترین عوامل در این مورد، شرایط مرزی و درجه اشباع و تخمین میزان فشار پیش تحکیمی بوده که مربوط به حداکثر فشاری است که تا به حال به خاک وارد شده است. در مجموع بنا به دلایل عنوان شده، مقدار نشست حاصل در محاسبات ممکن است تا ۱۰۰ % توام با خطا باشد. نشست سازه مستقر بر خاک های درشت دانه عموماً با فرمول های تجربی به دست می آید. نشست ها در این خاک ها اغلب به سرعت و در حین ساخت پس از اعمال حداکثر بار اتفاق می افتد. نشست های دراز مدت در مورد این بارها قابل صرف نظر کردن هستند. البته نشست درازمدت ممکن است پس از ساخت در نتیجه عوامل دیگری از قبیل تحمیل بارهای دینامیکی (ترافیک، شمع کوبی، ارتعاشات حاصل از ماشین آلات و …. ) تعییر شرایط سطح آب زیرزمینی، وقوع زلزله، انفجار، وجود و یا تشکیل حفره ها و فضاهای خالی در زیرزمین و سیل حادث گردد که در این گونه موارد روابط و فرمول های تجربی کفایت ننموده و باید معیارهای دیگری در طراحی مد نظر قرار گیرند.

برای خاک های ریزدانه اعم از لای و رس نزدیک به اشباع و یا اشباع، ضریب نفوذپذیری کم می باشد. وقوع نشست در آن ها به علت کندی استهلاک اضافه فشار آب منفذی مربوط به بارگذاری و متعاقب آن کاهش تخلخل، نیازمند زمان نسبتاً طولانی بوده و در نتیجه پیش بینی مقدار نشست و زمان لازم در محاسبات، از اهمیت زیادی برخوردار است. در شکل ۱ نمونه ای از پی های سطحی نشان داده شده است.

پیشنهاد مطالعه : انواع پی ساختمان با عکس و تعاریف آنها

پی های سطحی

شکل ۱ . پی سطحی گسترده

عوامل موثر در بروز نشست پی های سطحی

عوامل زیر موجب نشست در پی های سطحی  شده که عبارتند از :

۱ . بارگذاری و فشردگی خاک بر اثر تنش های فشاری که نسبتاً سریع و به صورت مجموع تغییر شکل های الاستیکی (ارتجاعی) و پلاستیکی (خمیری) می باشد.

۲ . بارگذاری و جابجایی ذرات خاک بر اثر اعمال نیروهای برشی، که مثلاً در ماسه های شل موجب کاهش حجم و در ماسه های متراکم موجب افزایش حجم (اتساع) می گردد.

۳ . تحکیم خاک یا تحکیم اولیه، بر اثر اعمال بار و متعاقب افزایش فشار آب منفذی در ساختمان خاک اشباع به مرور بخشی از آب داخل منافذ خاک در نتیجه اختلاف فشار، زهکشی و خارج شده، نتیجتاً ذرات خاک جابجا شده تا بخشی از تخلخل به جا مانده از خروج آب را پر نماید. برای خاک های ریزدانه با نفوذپذیری پایین مثل رس ها، پدیده تحکیم ممکن است سال ها و حتی تا پایان عمر مفید سازه به طول انجامد (برای مثال، برج پیزا در ایتالیا). همچنین رس ها با درصد رطوبت بالاتر، بیشتر نسبت به رس های با درصد رطوبت کمتر تحکیم می شوند. به علاوه، رس های دارای پتانسیل تغییرات حجمی بر اثر تغییر درصد رطوبت بوده، پس از خشک شدن منقبض و با افزایش رطوبت انبساط و یا تورم حاصل می کنند. ماسه ها دارای نفوذپذیری بیشتر و درصد رطوبت کمتری نسبت به رس ها می باشند. بنابراین تحکیم ماسه ها نسبت به رس ها خیلی سریع تر و به مراتب کمتر از مقادیر مربوط به رس هاست.

۴ . خزش یا تحکیم ثانویه : پس از اتمام پدیده تحکیم اولیه ممکن است تغییرات حجمی در خاک تحت اثر تنش موثر ثابت ادامه یافته که اصطلاحاً تحکیم ثانویه و یا خزش نامیده می شود. توجیه چنین پدیده ای کاملاً روشن نبوده ولی می توان وقوع آن را به خروج آب از منافذ میکروسکوپیک و یا تغییر شکل لزجی نسبت داد. میزان خزش در خاک های پیش تحکیم یافته عموماً ناچیز بوده، در حالی که برای خاک های عادی تحکیم یافته می تواند جدی باشد. به علاوه مقدار این تغییر شکل ها برای خاک های آلی و یا خاک های با قابلیت فشردگی زیاد در مقایسه با نشست تحکیمی اولیه، قابل توجه است.

۵ . عدم رعایت ملاحظات فنی در ساخت و اجرای روسازه و زیرسازه که در کوتاه مدت و درازمدت با تغییر شکل های مصالح مصرفی توام خواهد بود، در صورت ساخت پی های سطحی بر روی خاکریزها و به خصوص از نوع ریزدانه و غیر متراکم احتمال وقوع نشست های زیاد مطرح می باشد.

۶ . اتفاقات در حین حفاری که شامل تورم خاک پس از گودبرداری، نرم شدگی بعضی از خاک ها و سنگ ها بر اثر عوامل محیطی، وقوع پدیده حرکت آب با سرعت زیاد در ماسه و لای، دست خوردگی و حساسیت در رس ها و لای ها می باشند.

۷ . فعالیت های ساخت و ساز در همسایگی که شامل پایین بردن سطح آب زیرزمینی، گودبرداری، شمع کوبی، انفجار و برقراری سیستم ترافیکی و استقرار کارخانه ها و ماشین آلات ارتعاشی در مجاورت بناست.

۸ . عوامل دیگر از قبیل وقوع آب شستگی موضعی و عمومی، تورم و انقباض بر اثر تغییرات رطوبت در خاک و آثار یخ زدگی.

نشست پی های سطحی و مقاومت مجاز

در طراحی هر فونداسیونی، گسیختگی ظرفیت باربری به همراه نشست باید مد نظر قرار گیرد لیکن در طراحی اکثر فونداسیون ها رواداری هایی برای میزان نشست های مجاز وجود دارد.

نشست پی های سطحی می تواند سه مؤلفه داشته باشد :

۱ . نشست الاستیک

۲ . نشست تحکیمی اولیه

۳ . نشست تحکیمی ثانویه

در هر فونداسیون، تعدادی از این مؤلفه ها می تواند صفر و یا قابل چشم پوشی باشد. نشست های الاستیک در اثر تغییر شکل خاک خشک و همچنین خاک مرطوب و اشباع بدون هیچ گونه تغییری در درصد رطوبت حاصل می شود. نشست تحکیمی اولیه فرآیندی وابسته به زمان است که در خاک های رسی قرار گرفته در زیر سفره آب در نتیجه تغییرات حجمی خاک به خاطر خروج آب منفذی رخ می دهد. نشست تحکیمی ثانویه پس از نشست تحکیمی اولیه در خاک های رسی اشباع رخ می دهد و علت آن هم تغییر شکل پلاستیک ساختار خاک می باشد. در شکل ۲ نمونه ای از پی های سطحی نشان داده شده است.

پی های سطحی

شکل ۲ . نمونه ای از پی های سطحی

توزیع تنش در خاک در اثر اعمال بار فونداسیون

تمام انواع نشست ها توابعی از اضافه تنش اعمالی در روی خاک توسط فونداسیون می باشند. بنابراین، آشنایی با روابط محاسبه توزیع تنش در خاک در اثر اعمال بار فونداسیون دارای اهمیت خاصی است. روابط متعددی برای یافتن وضعیت تنش ها در عمق بر اثر بارگذاری ارائه شده که معادلات بوزینسک و وسترگارد عمومیت بیشتری داشته که در کتب مکانیک خاک و یا سایر منابع ژئوتکنیک تشریح شده اند. البته ذکر این نکته ضروری است که داشتن توزیع دقیق تنش در عمق شرط لازم جهت تخمین دقیق نشست بوده ولی کافی نیست.

در عمل بارهای متمرکز روی فونداسیون وارد شده و از کف آن بار گسترده در عمق توزیع می گردد. روابط مختلفی برای انواع بارها و شکل های مختلف پی ارائه شده که برای سهولت می توان از نمودارهای ساده شده استفاده نمود در این خصوص می توان نقاط هم تنش مقطع قائم مرکزی برای پی های مربعی و نواری بر اساس روابط بوزینسک را مورد استفاده قرار داد.

پیشنهاد مطالعه : انواع پی ساختمان با عکس و تعاریف آنها

پیشنهاد مطالعه : انواع پی های عمیق و بررسی مزایا و معایب آنها

منابع :

۱ . جزوه نشست فونداسیون های سطحی از استاد عبدالمتین ستایش

۲ . دستورالعمل طراحی پی های سطحی در ساختمان های متعارف، دستورالعمل شماره ۱-۱۰۴-۹۳

دیدگاه‌ها ۰


ارسال تیکت جدید