بخشی از مقاله
بررسي عملکرد تيرک مايل با استفاده از ابزاربندي گود در مجاور ساختمان همسايه
چکيده- حوادث بسيار زيادي ناشي از گودبرداري غيراصولي در مناطق شهري اتفاق ميافتد. يکي از روشهاي متداول گودبرداري در ايران، استفاده از تيرک مايل براي حفاظت از ساختمان مجاور گود است . در اين مقاله با ابزاربندي گود محافظت شدهاي با تيرک مايل ، راجع به عملکرد تيرکها شناخت خوبي به دست آمد. همچنين به منظور تصديق نتايج رفتارنگاري گود، مدلسازي عددي دو بعدي انجام شد. نتايج به دست آمده از مکانيزم عملکرد تيرک مايل شناخت مؤثري ارائه ميدهد. نتايج اندازهگيريها و همچنين تحليل هاي عددي نشان ميدهد بخشي از بار ساختمان همسايه از طريق تيرک مايل ، به کف گود منتقل و مقدار نشست قايم زير پي کم شده و تيرک مايل به دليل ايجاد قيد جانبي موجب کاهش تغيير مکانهاي افقي گود و ديوار ساختمان همسايه ميشود. همچنين در اين مقاله اثر پارامترهاي مهم در عملکرد تيرکهاي مايل بررسي شده است . در نهايت ميتوان گفت اين مقاله با معرفي يک مجموعه ابزاربندي و ابزار جديد ساخته شده در اين تحقيق ، ميتواند در گسترش ابزار مورد استفاده در رفتارسنجي گودبرداريها، نقش مؤثري ايفا کند.
واژگانکليدي: گودبرداري، تيرک مايل ، ساختمان مجاور، اندازهگيري ميداني.
١- مقدمه
طراحيهاي ژئوتکنيکي همواره بر اساس فرضيات زيادي انجام ميگيرد. اندازهگيريهاي ميداني با ابزاربندي محل ، امکاناتي را در اختيار قرار ميدهد که با وجود محدوديت هاي ناشي از تغييرات ذاتي خاک و ناشناخته بودن رفتار آن، بتوان طراحي ايمن و کارامدي داشت . در نتيجه ابزاربندي در مطالعات حرفه اي و تحقيقات ژئوتکنيکي نقش مهمي دارد. با گسترش ساخت و ساز در مناطق شهري ، گودبرداري در کنار ساختمانها افزايش چشمگيري داشته است . با انجام گودبرداري به دليل تغييرات وسيع توزيع تنش ، تغييرشکل هايي در توده خاک و ساختمانهاي مجاور گود اتفاق ميافتد. در گودبرداريهاي شهري ، کنترل تغير شکل هاي ايجاد شده در خاک و سازههاي مجاور، به دليل احتمال بروز آسيب در ساختمانها همواره موضوع مهمي است . از طرفي طراحي بهينه و ايمن سازهي نگهبان، مستلزم شناخت عملکرد و نيروهاي وارد بر آن ميباشد. يکي از روشهاي سنتي حفاظت از گود در ايران، استفاده از تيرک مايل است [١].
شکل (١) نشانگر طرح شماتيکي از اين روش است . از آنجا که اين روش در کارهاي عملي به کار ميرود، شناخت آن و تعيين معايب و مزايا و همچنين محدوديت ها و محدودهي مناسب کاربرد آن ضروري است . مطالعات عددي و نظري زيادي در اين خصوص صورت گرفته و شناخت اوليه مکانيزم عمل تيرکهاي مايل و نيز نيروهاي وارد بر آن مبتني بر مطالعات عددي است [٢]، [٣]، [٤]. بر اساس تحقيقات عددي انجام شده مکانيزم عملکرد تيرک مايل در گودبرداريهاي سنتي مجاور ساختمان همسايه به
صورت زير پيشنهاد ميشود:
الف - بخشي از بار ستون يا ديوار کناري ساختمان همسايه از طريق تيرک مايل به کف گود منتقل و بار کم تري به خاک زير پي وارد ميشود، بنابراين مقدار نشست قايم زير پي، کاهش مييابد. ب- تيرک مايل به دليل ايجاد قيد جانبي موجب کاهش تغيير مکانهاي افقي گود و ساختمان همسايه ميشود. همانطور که در ادامه تشريح ميشود، کاهش تغييرمکان افقي در عملکرد تأثير مهمي دارد.
شکل (١) طرح شماتيکي از روش گودبرداري با تيرک مايل
يکي از اهداف مقاله ي حاضر، بررسي مکانيزمهاي (الف ) و (ب ) مندرج در بالا با اندازهگيريهاي ميداني است . اگر گودبرداري موجب تغيير شکل بيش تر از مقدار مجاز در ساختمان همسايه شود، موجب صدمه به آن ميگردد.
ديدگاه سادهي کنترل تغيير شکل ساختمان، که فقط بر اساس کنترل نشست قايم قرار دارد، براي مطالعه مکانيزم عملکرد تيرکهاي مايل در گودبرداريها نيست . ساختماني که در مجاورت گود قرار دارد، علاوه بر تغيير مکان قايم ، دچار تغيير مکان افقي نيز ميشود. اين تغيير مکان افقي به خصوص در حالت غيريکنواخت ، به تنهايي براي صدمه زدن به ساختمان کافي است . بنابراين کنترل تغيير شکل با کنترل نشست قايم و تغيير مکان افقي ساختمان ضروري است [١]. بر اساس مطالعات بوسکاردين و کوردينگ و برلند آسيب هاي ايجاد شده در ساختمان مجاور گود، تابعي از کرنش هاي افقي ايجاد شده و نشست ساختمان بوده و محدود کردن کرنش افقي نيز براي کاهش آسيب به ساختمان مؤثر است . شکل ٢ نشانگر نمودارهاي ارائه شده به وسيله بوسکاردين و کوردينگ و برلند است . در مطالعات انجام شده درجه ي آسيب وارد بر ساختمانها از«قابل صرفنظر» تا «خيلي شديد» تقسيم شده است [٥]، [٦].
در خصوص مکانيزم عملکرد تيرکهاي مايل متداول در ايران، تاکنون مطالعات و اندازهگيري ميداني صورت نگرفته است . با رفتارنگاري در گودبرداري ، ميتوان تأثير آنرا روي سازههاي مجاور بررسي کرد و نسبت به ايمن بودن آنها و نيز ديوارهي گود و همچنين در خصوص مکانيزم عملکرد تيرکها اظهار نظر نمود. مطالعات حاضر به عنوان بخشي از تحقيقات گسترده در خصوص گودبرداري با تيرک مايل به تجربيات اندازهگيري ميداني و جزئيات آن ميپردازد. با توجه به اين که نحوهي اتصال تيرک مايل به فونداسيون ساختمانهاي مجاور از يک سو و به فونداسيون خود تيرک از سوي ديگر در عملکرد و بارگيري تيرکها تأثير زيادي دارد و اين اتصالها در اجرا غالبا نامناسب بوده و با شفته يا گچ صورت ميگيرد، نتايج حاصل از مطالعات فقط شامل شرايطي است که پي صحيحي براي تيرک، اجرا شده و اتصال آن با ساختمان مجاور به صورت صحيح و بر اساس توصيه هاي ارائه شده [١] باشد.
دو هدف اصلي در مقاله ي حاضر پيگرفته ميشود: ١- مجموعه اي از ابزار براي گودبرداري سنتي در مجاور ساختمان همسايه ارائه گردد. ٢- مکانيزمهاي نظري (الف ) و (ب ) که براي گودبرداري سنتي با توجه به مطالعات عددي در گذشته به دست آمدهاند، در اندازهگيري محلي تأييد شود.
٢- مشخصات پروژه
در اين تحقيق گودي که با تيرک مايل محافظت شده، انتخاب شده است و با ابزاربندي آن سعي شده تا شناخت بهتري در رابطه با اين روش حفاظت گود، به دست آيد.
شکل ٣ نشانگر تصوير کلي از گود مورد نظر است . مساحت گود مورد نظر ١٤×٢١ مترمربع و عمق آن ٣.٥ متر زير تراز پي ابنيه ي مجاور ميباشد. در ضلع شرقي گود که ٢١ متر طول دارد، ساختمان مسکوني يک طبقه داراي اسکلت ديوار باربر با کلاف بتني و در ضلع شمالي گود با ١٤ متر طول، ديوار آجري به ارتفاع ٣ متر و ضخامت ٣٥ سانتيمتر و در ضلع غربي يک ساختمان مسکوني دو طبقه داراي اسکلت بتني قرار داشت . تعداد تيرکها در هر وجه در شکل ٥ مشخص است و فاصله تيرکها به طور متوسط ٣.٥ ميباشد.
خاک محل پروژه اغلب ماسه اي و در بعضي موارد با سنگدانه هاي درشت تر تا قطر حداکثر ٥٠ ميليمتر با تراکم بالاست . خصوصيات ژئوتکنيکي پروژه مورد نظر در جدول ١ ارائه شده است . سيستم سازهي نگهبان گود فقط تيرکهاي مايل متصل به ديوار ساختمانهاي مجاور است .
شکل (٢) معيار آسيب ساختمان ارائه شده به وسيله (الف ) بوسکاردين و کوردينگ [٥]، (ب ) برلند [٦]
تيرکهاي مورد استفاده داراي مقطع فولادي قوطي و به ابعاد ١٤ × ١٤ سانتيمتر و با ضخامت ٥ ميليمتر است .
٣- انتخاب و نصب ابزار
سيستم کامل رفتارسنجي در گودبرداري با استفاده از تيرک مايل ، شامل ابزار ثبت تغييرشکل هاي ايجاد شده در ديوارهي گود، زمين هاي مجاور گود و تغييرشکل هاي ايجاد شده در ساختمانهاي مجاور گود است . همچنين سيستم ابزاربندي بايد دربرگيرندهي تغييرات نيروهاي ايجاد شده در تيرک مايل باشد. در گود موردنظر نيز سعي شده است ابزار به نحوي انتخاب شوند که پاسخگوي سؤالات موردنظر دربارهي نحوهي عملکرد تيرکها باشند و بتوان با آنها متغيرهاي لازم را در مراحل گودبرداري ثبت نمود.
روشهاي مورد استفاده براي ثبت دادههاي مورد نظر شامل دو بخش اندازهگيري تغيير شکل هاي ديوارهي گود و اندازهگيري نيروهاي ايجاد شده در تيرکهاي مايل است .
جدول ٢ بيانگر مراحل گودبرداري و نصب تيرکها طي روزهاي گودبرداري است .
شکل (٣) تصوير کلي از گود مورد مطالعه و تيرکهاي مايل
٣-١- اندازهگيري تغيير شکل
روشهاي مختلفي براي اندازهگيري تغيير شکل ها در پروژههاي ژئوتکنيکي وجود دارد. از اين ميان ميتوان به انحراف سنج ها و اکستنسومترها اشاره کرد. يکي از روشهاي متداول و با قدمت زياد در اندازهگيري تغيير شکل ها، روش نقشه برداري است که تاکنون در بسياري از پروژههاي ژئوتکنيکي استفاده شده و نتايج قابل اعتمادي ارائه کرده است . در اين روش ميتوان تغييرشکل زمين ، ديواره و هر نقطه در دسترسي را به دست آورد.
اندازهگيريها از نقطه ي مبنا انجام ميشود. نقاط مبنا و يا بنچ مارکها١ که روي نقطه ي ثابتي در اطراف محل مورد نظر نصب ميشوند، شامل ميلگرد فولادي ٤٠ سانتيمتري کاشته شده در داخل استوانه اي بتني به قطر ٥٠ سانتيمتر و عمق ٥٠ سانتيمتر در نقطه ي ثابت و با فاصله از محل گودبرداري است . دقت حاصله در استفاده از اين روش، با توجه به دقت ابزار مورد استفاده و نيروي انساني، ميتواند از mm ١٠ تا mm ٠.١ باشد [٧]. دقت دوربين نقشه برداري برابر mm ١ بوده که به دليل برداشت مختصاتي از سه بنچ مارک، اين دقت سه برابر ميشود. روش مورد استفاده براي پايش تغييرشکل هاي ايجاد شده در اثر گودبرداري در اين تحقيق ، استفاده از روش برداشت مختصات هندسي نقاط با استفاده از دوربين توتال استيشن ليزري پنتاکس ٢ است .
اين نوع از دوربين ها که در واقع نوعي تئودوليت ٣ الکتريکي همراه يک فاصله سنج الکتريکي ميباشند، قابليت ارائه ي مختصات هر نقطه ي نامشخص را همراه فاصله و زاويه آن نسبت به نقطه ي مبنا (بنچ مارک) دارا است . در اين 4 دوربين ها که اندازهگيري با استفاده از روابط مثلثاتي و مثلث بندي ٥ انجام ميشود، خطاهاي حاصل از اندازهگيري و مثلث بندي دستي که در استفاده از دوربين تئودوليت وجود دارد، به طور کامل حذف ميشود. براي اندازهگيري با دوربين هاي توتال، در نقاط مورد نظر رفلکتور نصب و تغييرشکل ها در سه جهت ثبت ميشوند [٨]. رفلکتورهاي نصب شده، برچسب هاي ٥×٥ سانتيمترمربعي بوده و روي سطح صاف، با دقت زياد و رو به سمت بنچ مارک نصب ميشوند. شکل ٤ نشانگر نمونه اي از نقاط مورد نظر است .
ثبت تغييرشکل ها با دوربين به روش مختصاتي صورت ميگيرد. براي تأمين دقت مورد نياز از سه عدد بنچ مارک ثابت به صورت مثلثي استفاده ميشود که هر بار دوربين در بنچ مارک اول سانتراژ و به سمت بنچ مارک دوم قراولروي شده و به وسيله ي مختصات بنچ مارک سوم کنترل سانتراژ ميشود و خطاهاي احتمالي سرشکن ميشوند. شکل ٥ نشانگر تصوير ابزاربندي شدهي گود و نقاط مشخص شده با شمارهي آنها براي ثبت دادههاست . قرائت تغيير شکل ها با دوربين به صورت روزانه انجام گرفت .
٣-٢- اندازهگيري نيرو
ابزار مختلفي براي حصول داده در پروژههاي ژئوتکنيکي استفاده ميشود. ابزار مورد استفاده اغلب به دو بخش سيستم مکانيکي و سيستم الکترونيکي تقسيم ميشوند. به منظور بررسي عملکرد تيرکهاي مايل در گود، تيرکها، ابزاربندي و نيروي وارد بر آنها اندازهگيري ميشود. دو گروه ابزار براي اندازهگيري نيروي تيرکها وجود دارد:
سلولهاي بار و کرنش سنج ها. سلولهاي بار و يا همان نيروسنج ها به ابزاري گفته ميشود که در مسير انتقال نيرو قرار ميگيرد و به صورت مکانيکي و يا الکترونيکي نيروي وارد شده را به دست ميدهند.
در حاليکه کرنش سنج به ابزاري اطلاق ميشود که روي سطح چسبانده ميشود و با نيروي وارد بر جسم تغيير شکل ميدهد و اساسا به دو نوع الکتريکي و تار مرتعش وجود دارد [٧]. در اين تحقيق که ثبت نيروهاي ايجاد شده در تيرکها در مراحل گودبرداري در نظر بوده است ، از کرنش سنج هاي الکتريکي استفاده شد. کرنش سنج ها به دليل سهولت استفاده، صرفه ي اقتصادي نسبت به نيروسنج ها و نيز صحت نتايج حاصله در بسياري از تحقيقات استفاده شدهاند [٩]، [١٠].
٣-٢-١- استفاده از کرنش سنج الکتريکي
گيج هاي کرنش سنج الکتريکي کاربرد گستردهاي در اندازهگيري نيروها دارند. اساس کار کرنش سنج هاي الکتريکي تغيير طول برابر با تغيير طول جسمي است که روي آن چسبانده ميشوند و با تغيير طول مقاومت الکتريکي آنها تغيير ميکند. گيج کرنش سنج
