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 هاي منفرد، مرکب، نواري، شبکه اي و گسترده می باشند.

نشست سازه ها بر اثر تغيير شكل و جابجايي زمين، تغيير حجم خاك بستر و يا زير سازه تحت تنش هاي حاصل از بارگذاري و باربرداري بوقوع مي پيوندد. تغيير شكل تحت تنش موثر ثابت، خزش ناميده مي شود، در حالي كه تغيير شكل تحت افزايش تنش را جابجايي و يا فشردگي مي نامند. مجموعه تغيير شكل هاي فوق در نتيجه تغيير حجم الاستيكي و پلاستيكي دانه ها، تغيير حجم توده خاك در نتيجه خروج آب و هوا از منافذ و جابجايي كلي برشي ذرات و يا توده خاك احداث مي شود.

عمدتا در طراحي پی های سطحی، نشست عامل كنترل كننده در تعيين قابليت باربري مجاز است. در تعيين توان باربري مجاز عواملی از جمله هندسه پي، مقاومت و سختي خاك زير پي و ملاحظات سرويس پذيري روسازه به دليل تحمل تغيير شكل ها مطرح بوده و بنابراين موارد، توان باربري و نشست زير پي در تعامل با هم بوده و نمي توان به صورت مجزا به آن ها پرداخت.

خاك ها در محدوده كوچكي از تغيير شكل ها به صورت الاستيك عمل مي كنند و در مجموع خاك مصالحي همگن و ايزوتروپ نبوده و عواملي چون تاريخچه تنش، وجود آب و هوا در خاك، تاثيرگذاري بارهاي ديناميكي در رفتار دانه هاي تشكل دهنده خاك، پيچيدگي در تعريف مناسب و دقيق شرايط مرزي باعث مي شود كه نتوان همانند ديگر مصالح سازه اي تغيير شكل ها و جابجايي هاي خاك را به سهولت و با روابط ساده، تعيين و محاسبه نمود. تعيين خصوصيات الاستيكي خاك، يعني مدول الاستيسيته و ضريب پواسون نيز با مشكلات و ابهاماتي همراه است.

نشست پی های سطحی در خاك هاي ريزدانه با دقت كمتري نسبت به توان باربري آن ها به دست مي آيد زيرا تخمين نشست در پی های سطحی به عوامل متعددي وابسته است كه توجيه رفتار آن ها نيازمند به قضاوت مناسب مهندسي است. از مهمترين عوامل در اين مورد، شرايط مرزي و درجه اشباع و تخمين ميزان فشار پيش تحكيمي بوده كه مربوط به حداكثر فشاري است كه تا به حال به خاك وارد شده است. در مجموع بنا به دلايل عنوان شده، مقدار نشست حاصل در محاسبات ممكن است تا 100 % توام با خطا باشد. نشست سازه مستقر بر خاك هاي درشت دانه عموماً با فرمول هاي تجربي به دست مي آيد. نشست ها در اين خاك ها اغلب به سرعت و در حين ساخت پس از اعمال حداكثر بار اتفاق مي افتد. نشست هاي دراز مدت در مورد اين بارها قابل صرف نظر كردن هستند. البته نشست درازمدت ممكن است پس از ساخت در نتيجه عوامل ديگري از قبيل تحميل بارهاي ديناميكي (ترافيك، شمع كوبي، ارتعاشات حاصل از ماشين آلات و …. ) تعيير شرايط سطح آب زيرزميني، وقوع زلزله، انفجار، وجود و يا تشكيل حفره ها و فضاهاي خالي در زيرزمين و سيل حادث گردد كه در اين گونه موارد روابط و فرمول هاي تجربي كفايت ننموده و بايد معيارهاي ديگري در طراحي مد نظر قرار گيرند.

براي خاك هاي ريزدانه اعم از لاي و رس نزديك به اشباع و يا اشباع، ضريب نفوذپذيري كم مي باشد. وقوع نشست در آن ها به علت كندي استهلاک اضافه فشار آب منفذي مربوط به بارگذاري و متعاقب آن كاهش تخلخل، نيازمند زمان نسبتاً طولاني بوده و در نتيجه پيش بيني مقدار نشست و زمان لازم در محاسبات، از اهميت زيادي برخوردار است. در شکل 1 نمونه ای از پی های سطحی نشان داده شده است.

پیشنهاد مطالعه : انواع پی ساختمان با عکس و تعاریف آنها

شکل 1 . پی سطحی گسترده

عوامل موثر در بروز نشست پی های سطحی

عوامل زير موجب نشست در پی های سطحی  شده كه عبارتند از :

1 . بارگذاري و فشردگي خاك بر اثر تنش هاي فشاري كه نسبتاً سريع و به صورت مجموع تغيير شكل هاي الاستيكي (ارتجاعي) و پلاستيكي (خميري) مي باشد.

2 . بارگذاري و جابجايي ذرات خاك بر اثر اعمال نيروهاي برشي، كه مثلاً در ماسه هاي شل موجب كاهش حجم و در ماسه هاي متراكم موجب افزايش حجم (اتساع) مي گردد.

3 . تحكيم خاك يا تحكيم اوليه، بر اثر اعمال بار و متعاقب افزايش فشار آب منفذي در ساختمان خاك اشباع به مرور بخشي از آب داخل منافذ خاك در نتيجه اختلاف فشار، زهكشي و خارج شده، نتيجتاً ذرات خاك جابجا شده تا بخشي از تخلخل به جا مانده از خروج آب را پر نمايد. براي خاك هاي ريزدانه با نفوذپذيري پايين مثل رس ها، پديده تحكيم ممكن است سال ها و حتي تا پايان عمر مفيد سازه به طول انجامد (براي مثال، برج پيزا در ايتاليا). همچنين رس ها با درصد رطوبت بالاتر، بيشتر نسبت به رس هاي با درصد رطوبت كمتر تحكيم مي شوند. به علاوه، رس هاي داراي پتانسيل تغييرات حجمي بر اثر تغيير درصد رطوبت بوده، پس از خشك شدن منقبض و با افزايش رطوبت انبساط و يا تورم حاصل مي كنند. ماسه ها داراي نفوذپذيري بيشتر و درصد رطوبت كمتري نسبت به رس ها مي باشند. بنابراين تحكيم ماسه ها نسبت به رس ها خيلي سريع تر و به مراتب كمتر از مقادير مربوط به رس هاست.

4 . خزش يا تحكيم ثانويه : پس از اتمام پديده تحكيم اوليه ممكن است تغييرات حجمي در خاك تحت اثر تنش موثر ثابت ادامه يافته كه اصطلاحاً تحكيم ثانويه و يا خزش ناميده مي شود. توجيه چنين پديده اي كاملاً روشن نبوده ولي مي توان وقوع آن را به خروج آب از منافذ ميكروسكوپيك و يا تغيير شكل لزجي نسبت داد. ميزان خزش در خاك هاي پيش تحكيم يافته عموماً ناچيز بوده، در حالي كه براي خاك هاي عادي تحكيم یافته مي تواند جدي باشد. به علاوه مقدار اين تغيير شكل ها براي خاك هاي آلي و يا خاك های با قابليت فشردگي زياد در مقايسه با نشست تحكيمي اوليه، قابل توجه است.

5 . عدم رعايت ملاحظات فني در ساخت و اجراي روسازه و زيرسازه كه در كوتاه مدت و درازمدت با تغيير شكل هاي مصالح مصرفي توام خواهد بود، در صورت ساخت پی های سطحی بر روي خاكريزها و به خصوص از نوع ريزدانه و غير متراكم احتمال وقوع نشست هاي زياد مطرح مي باشد.

6 . اتفاقات در حين حفاري كه شامل تورم خاك پس از گودبرداري، نرم شدگي بعضي از خاك ها و سنگ ها بر اثر عوامل محيطي، وقوع پديده حركت آب با سرعت زياد در ماسه و لاي، دست خوردگي و حساسيت در رس ها و لاي ها مي باشند.

7 . فعاليت هاي ساخت و ساز در همسايگي كه شامل پايين بردن سطح آب زيرزميني، گودبرداري، شمع كوبي، انفجار و برقراري سيستم ترافيكي و استقرار كارخانه ها و ماشين آلات ارتعاشي در مجاورت بناست.

8 . عوامل ديگر از قبيل وقوع آب شستگي موضعي و عمومي، تورم و انقباض بر اثر تغييرات رطوبت در خاك و آثار يخ زدگي.

نشست پی های سطحی و مقاومت مجاز

در طراحي هر فونداسيوني، گسيختگي ظرفيت باربري به همراه نشست بايد مد نظر قرار گيرد ليكن در طراحي اكثر فونداسيون ها رواداري هايي براي ميزان نشست هاي مجاز وجود دارد.

نشست پی های سطحی مي تواند سه مؤلفه داشته باشد :

1 . نشست الاستيك

2 . نشست تحكيمي اوليه

3 . نشست تحكيمي ثانويه

در هر فونداسيون، تعدادي از اين مؤلفه ها مي تواند صفر و يا قابل چشم پوشي باشد. نشست هاي الاستيك در اثر تغيير شكل خاك خشك و همچنين خاك مرطوب و اشباع بدون هيچ گونه تغييري در درصد رطوبت حاصل مي شود. نشست تحكيمي اوليه فرآيندي وابسته به زمان است كه در خاك هاي رسي قرار گرفته در زير سفره آب در نتيجه تغييرات حجمي خاك به خاطر خروج آب منفذي رخ مي دهد. نشست تحكيمي ثانويه پس از نشست تحكيمي اوليه در خاك هاي رسي اشباع رخ مي دهد و علت آن هم تغيير شكل پلاستيك ساختار خاك مي باشد. در شکل 2 نمونه ای از پی های سطحی نشان داده شده است.

شکل 2 . نمونه ای از پی های سطحی

توزيع تنش در خاك در اثر اعمال بار فونداسيون

تمام انواع نشست ها توابعي از اضافه تنش اعمالي در روي خاك توسط فونداسيون مي باشند. بنابراين، آشنايي با روابط محاسبه توزيع تنش در خاك در اثر اعمال بار فونداسيون داراي اهميت خاصي است. روابط متعددي براي يافتن وضعيت تنش ها در عمق بر اثر بارگذاري ارائه شده كه معادلات بوزينسك و وسترگارد عموميت بيشتري داشته كه در كتب مكانيك خاك و يا ساير منابع ژئوتكنيك تشريح شده اند. البته ذكر اين نكته ضروري است كه داشتن توزيع دقيق تنش در عمق شرط لازم جهت تخمين دقيق نشست بوده ولي كافي نيست.

در عمل بارهاي متمركز روي فونداسيون وارد شده و از كف آن بار گسترده در عمق توزيع مي گردد. روابط مختلفي براي انواع بارها و شكل هاي مختلف پي ارائه شده كه براي سهولت مي توان از نمودارهاي ساده شده استفاده نمود در اين خصوص مي توان نقاط هم تنش مقطع قائم مركزي براي پي هاي مربعي و نواري بر اساس روابط بوزينسك 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 :

1 . جزوه نشست فونداسيون هاي سطحي از استاد عبدالمتين ستايش

2 . دستورالعمل طراحی پی هاي سطحی در ساختمان هاي متعارف، دستورالعمل شماره 1-104-93