در برخی از خاکها ضریب اصلاحی با اندازهگیریهای میدانی تعیین شده است و مثلاً در خاک رس لندن برابر ۵/۰ میباشد. هرچه رس محکمتر است، نشست واقعی خیلی کمتر از نشست محاسباتی میشود.
همواره نمیتوان از فرمول (۳-۱۱) برای محاسبه نشست تحکیم یافته استفاده کرد زیرا گاهی متغیرهای تحکیم با تعیین نمیشود و متغیرهای دیگر یا منحنی تحکیم بصورت مستقیم بکار میرود.
شکل ۳‑۱۰: استفاده از منحنیهای تنش- نسبت تخلخل در محاسبه نشست]۱ [
اگر فقط نتیجه یک یا دو آزمایش تحکیم ادومتر در دسترس باشد آنگاه راحتتر است که مستقیماً از روی منحنی سربار- نسبت تخلخل بدست آید. شکل(۳-۱۰) نمونهای از این منحنیها را نشان میدهد. اگر تخلخل اولیه و نهایی خاک و باشد و تنش خاک در مرکز لایه رسی طبق شکل (۳-۱۱) در ابتدای تحکیم و تنش ناشی از پی برابر با فرض گردد، آنگاه با بهره گرفتن از مقادیر و میتوان با کمک منحنی مشابه شکل (۳-۱۰) مقادیر و را بدست آورد. آنگاه در رس داریم:
(۳-۱۲)
چنانچه رس دارای فشار پیش تحکمی باشد یا نباشد فرقی در فرمول بالا بوجود نمیآید ولی اگر از شیب منحنی تحکیم استفاده کنیم:
(۳-۱۳)
(۳-۱۴)
با تغییر عمق پی باید محاسبات را تکرار کر زیرا مقدار در هر عمق بستگی به تراز طراحی کف پی دارد. در این حالت برای سادگی از منحنی های فاکس که در واقع برای نشست الاستیک است مطابق شکل (۳-۱۱) استفاده میشود.
اگر برای پی در عمق D توزیع تنش در خاک را محاسبه کرده و نشست را بدست آوریم نیازی به منحنی Fox نیست. ولی جاذبه منحنی فاکس در این است که نشست برای پی در سطح زمین محاسبه میشود و سپس برای هر عمقی تخمین زده میشود. این کار در طراحی اولیه برای تصمیمگیری در خصوص عمق قرارگیری پی کاربرد دارد. شکل دیگری از منحنی های فاکس را قبلاً برای محاسبه نشست الاستیک مشاهده کرده اید.
شکل ۳‑۱۱: منحنیهای اصلاح نشست الاستیک پیهای انعطافپذیر مستطیلی در عمق D ]1 [
انجام محاسبات ذکر شده برای پیهای کوچک و ساختمانهای معمولی در ابتدا انجام نمیگیرد. بلکه روش تقریبی ذیل نخست بکار میرود.
شکل ۳‑۱۲: توزیع تقریبی تنش زیر یک پی]۱ [
روش تقریبی ارائه شده در اینجا برمبنای نظریه متداول تحکیم قرار دارد ولی محاسبه توزیع تنش را ساده میکند. توزیع تنش قائم میتواند مطابق شکل (۳-۱۲) بصورت مثلثی فرض شود. آنگاه طبق رابطه (۳-۱۱) خواهیم داشت:
(۳-۱۵)
بنابراین مقدار برابر با خواهد شد که در آن، عرض پی و تنش خالص (net) ناشی از پی است. اگر نتایج آزمایش تحکیم در دسترس باشد، متوسط مقادیر در عمق (B5/1) باید مورد استفاده قرار گیرد.
روش تقریبی بالا فقط در محاسبات اولیه و پروژههایی که نگرانی افزایش تنش به بیش از مقدار مجاز وجود ندارد، بکار میرود.
برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت zusa.ir مراجعه نمایید.
نشست تحکیم ثانویه
تحکیم ثانویه بدنبال تحکیم اولیه اتفاق میافتد. این تحکیم بسیار طولانی مدت و اساساً تحت تنش مؤثر ثابت اتفاق میافتد و از رابطه ذیل قابل محاسبه است:
(۳-۱۶)
: نشانه خلاء در پایان مرحله تحکیم اولیه
و : زمان
: ضخامت لایه
ضریب تحکیم ثانویه ( ) در محدوده مقادیر ذیل است:
رسهای پیش تحکیم یافته (۳ تا ۲ OCR >) 001/0 >
خاکهای آلی ۰۲۵/۰ یا بیشتر
رسهای عادی تحکیمیافته ۰۲۵/۰ ایل ۰۰۴/۰
گاهی جهت سادگی گفته میشود که نشست تحکیم ثانویه برای خاکهای پیش تحکیم یافته برابر با صفر و برای خاکهای عادی تحکیم یافته تقریباً ۱۰ درصد نشست تحکیم برمبنای آزمایش ادومتری است.
خاکهای نیمه اشباع
در خاکهای نیمه اشباع علاوه بر دانههای جامد و آب، فشار هوا نیز وجود دارد و در واقع سیال حفرهای ترکیبی از آب و هوا است. افزایش فشار سیال حفرهای در اثر بارگذاری و خروجی تدریجی سیال در خاکهای نیمه اشباع مشکلتر از حالت اشباع است. حل معادلات تحکیم خاکهای نیمه اشباع نیازمند برنامههای کامپیوتری (عددی) است.
در کارهای حرفهای خیلی خاص ممکن است از مدلهای عددی برای تخمین نشست تحکیم خاک نیمه اشباع استفاده شود ولیکن این مدلها عمدتاً جنبه تحقیقاتی دارند و تنها مختص همان پروژه خاص می باشند. برای محاسبه نشست خاکهای نیمه اشباع میتوان مدول الاستیسیته آنها را در رطوبتی که دارند تعیین کرد و به محاسبه نشست آنی اکتفا نمود.
نشست نهایی
نشست نهایی یا کل (S) از مجموع نشست آنی یا الاستیک ( ) و نشست تحکیم ( ) بدست میآید.
نشست غیر یکنواخت
نشست غیریکنواخت بیش از نشست یکنواخت تأثیر مخرب بر ساختمان دارد. اگر تمام بخشهای ساختمان به صورت یکنواخت نشست کنند، مشکلی از نظر پایداری ساختمان بوجود نمیآید و فقط لازم است تأثیر نشست کل بر تأسیسات و ابنیه مجاور مطالعه گردد. برای مثال لولههای آب و فاضلاب ممکن است در محل اتصال به ساختمان بشکنند. ضمناً اگر ساختمان موردنظر مثلاً یک دیوار سیلگیر مجاور رودخانه است، نشست دیوار ممکن است موجب گردد که تراز فوقانی دیوار پایینتر از تراز سیل قرار گیرد. پلهها و شیبهای ورودی به ساختمان نیز ممکن است در اثر نشست کل یکنواخت ساختمان دچار تغییراتی شوند. گاهی نشست یکنواخت یک ساختمان سنگین مثل سیلو موجب شده است که ساختمان مجاور آن به طرف ساختمان سنگین کج شود.
نشست غیریکنواخت علت اصلی پدیده اندرکنش خاک-سازه می باشد، اگر بخشهای مختلف ساختمان به صورت غیریکنواخت نشست کنند، این تفاوت در مقدار نشست میتواند موجب بوجود آمدن تنشهای مخرب بزرگی در پی و سازه گردد. ترک خوردگی جدی و حتی گسیختگی در صورت زیاد شدن نشست غیریکنواخت محتمل است.
شکلهای نشست غیریکنواخت
نشست غیریکنواخت به شکلهای مختلف دیده میشود. در ابتدا لازم است شکل نشست غیریکنواخت و اصطلاحات متداول برای نامگذاری آنها تشریح شود.
شکل (۳-۱۳) نشست غیریکنواخت بین پیهای دو ستون را نشان میدهد. نشست غیریکنواخت ( ) در واقع تفاوت بین هر دو نقطه میتواند باشد. دوران نسبی ( ) در اثر نشست غیریکنواخت هر دو نقطه به فاصله L قابل تعریف است و داریم:
شکل ۳‑۱۳: نشست غیریکنواخت و دوران نسبی]۱ [
(۳-۱۷)
نشست غیریکنواخت (differential settlement) و دوران نسبی (relative rotation) باید در جاهای مختلف تعیین شوند. در مورد دیوارها یا حتی در مورد کل یک ساختمان ممکن است از اصطلاح گودی یا بالاآمدگی نسبی ( ) استفاده شود. گودی (sag) یا بالاآمدگی (hog) موجب بروز ترکهای کششی به ترتیب در پایین و بالای دیوار میشوند. گودی یا بالاآمدگی را بعضاً «تغییر مکان نسبی (relative deflection)» میگویند. اثر مخرب بستگی به طول دیوار دارد. بنابراین نسبت گود شدگی یا نسبت بالاآمدگی از حاصل تقسیم مورد توجه قرار میگیرد. این نسبت را در حالت کلی نسبت تغییر مکان (deflection ration) میگویند.
شکل ۳‑۱۴: ترک خوردگی دیوار در اثر (الف) گودافتادگی (ب) بالاآمدگی]۱ [
برای تغییر شیب در راستای قائم از اصطلاح کج شدگی (tilt) استفاده میشود و با بیان میگردد. کج شدگی ممکن است برای کل یک ساختمان یا مثلاً تیر برق بکار رود، لیکن حتی اجزای یک دیوار مثل درب نیز ممکن است دچار کج شدگی و حتی دوران نسبی به صورت توام گردند.
شکل ۳‑۱۵: کج شدگی ( )برای (الف) کل یک ساختمان (ب) درب ورودی]۱ [
علل بروز نشست غیریکنواخت
با توجه به اهمیت موضوع لازم است، شرایط و علل بروز نشست غیریکنواخت تشریح شود. برخی از دلایل اصلی در اینجا آورده میشود.
تغییر لایههای زمین
اگر قسمتی از ساختمان بر یک لایه نشستپذیر و قسمت دیگر بر خاک نشستناپذیر بنا گردد، نشست غیریکنواخت بوجود میآید. گاهی وجود یک عدسی رس در درون شن و ماسه موجب بروز این شرایط میشود. حتی اگر ضخامت یک لایه رسی نشستپذیر در زیر ساختمان متغیر باشد، احتمال بروز نشست غیریکنواخت وجود دارد.
تغییر در بار وارد بر پی
تغییر در بار وارد بر پی نیز موجب نشست غیریکنواخت میشود. برای مثال در ساختمانی که شامل بخش مرکزی بلندمرتبه و بالهای کم مرتبه است، انتظار میرود نشست غیریکنواخت بین بخش مرکزی و بالها بروز کند.
پی گسترده بزرگ و انعطافپذیر
یک پی گسترده بزرگ و انعطافپذیر یا حتی یک محدوده وسیع بارگذاری شده تغییر شکل میدهد و تحت بار یکنواخت بصورت کاسهای درمیآید. حداکثر نشست در این حالت در مرکز و حداقل آن در گوشهها است و حداکثر نشست غیریکنواخت در حدود نصف حداکثر نشست کل میباشد. البته در ساختمانی که از تعداد زیادی ستون تشکیل شده است، حداکثر نشست غیریکنواخت بین ستونهای مجاور خیلی کمتر از حداکثر نشست غیریکنواخت میباشد.
شکل کاسهای پیهای انعطافپذیر عمدتاً در خاکهای نرم و تراکمپذیر بوجود میآید. اگر در زیر پی یک لایه خاک دانهای متراکم وجود داشته باشد، به صلبیت پی کمک میکند. اگر ضخامت خاک دانهای زیاد باشد، میتواند نشست غیریکنواخت را حذف نماید.
تفاوت در زمان ساخت
اختلاف زمان ساخت بخشهای مجاور هم در ساختمان میتواند موجب نشست غیریکنواخت شود. این حالت معمولاً در هنگام توسعه یک ساختمان بوجود میآید. بخش جدید میخواهد نشست کند درحالیکه سالها از احداث بخش قدیمی گذشته است لذا بخش قدیمی نشست نمیکند و نشست غیریکنواخت بوجود میآید. تعبیه درز قائم یکی از راههای مقابله با این نوع نشست غیریکنواخت است.
تغییر در شرایط ساختگاه
شرایط ساختگاه ممکن است حتی در یک زمین محدود یکسان نباشد. اگر ساختمان بر زمینی بنا میشود که بخشی از آن توسط یک ساختمان قدیمی که حال تخریب شده است، احتمال نشست غیریکنواخت وجود دارد زیرا زمین زیر ساختمان قدیمی در گذشته نشست کرده است. مثال دیگری از تغییر شرایط ساختگاه در زمینهای شیبدار بوجود میآید. گاهی لازم است برای تسطیح زمین خاکبرداری با اعماق مختلف صورت گیرد. تغییر ضخامت خاکبرداری موجب تغییر در شرایط ساختگاه میشود. این تفاوتها موجب تفاوت حالت تنشها قبل و بعد از احداث ساختمان و نشست یا تورم غیریکنواخت میشود.]۱[
فصل چهارم
روش های مدل سازی پی و خاک
زیرپی
مقدمه
جهت مدل سازی اندرکنش خاک و سازه، نیاز است پی ساختمان و خاک زیر پی همراه المان های روسازه به صورت یکپارچه مدل شوند. در فصل قبل به مبانی نشست هایی که در خاک زیر پی ساختمان روی می دهند اشاره شد. در این فصل ابتدا به بررسی نحوه مدل سازی پی ساختمان می پردازیم و در ادامه با بهره گرفتن از اطلاعاتی که درمورد نشست خاک زیر پی داریم، نحوه مدل سازی خاک را بررسی خواهیم نمود.
روش های مدل سازی پی ساختمان