بخشی از مقاله
چکیده
ریز شمع ها عناصر سازه اي هستند که براي تقویت سازه هاي موجود - از قبل ساخته شده - و یا کاهش نشست ها به همراه افزایش ظرفیت باربري مورد استفاده قرار می گیرند، در تحقیق حاضر، عملکرد ریزشمع هاي مایل با آرایش out&in در مسلح سازي خاك زیر پی گسترده بر میزان کاهش نشست و افزایش ظرفیت باربري با استفاده از روش عددي تفاضل محدود، توسط نرم افزار Flac 3D مورد بررسی قرار گرفته است.
خاك با مدل رفتاري موهر – کولمب و ریز شمع به لحاظ سازه اي با مدل رفتاري الاستیک مدل شده است. در این مقاله با توجه به قطر - D - برابر 0/1 متر ، 2 مشخصه خاك Soil1 و Soil2 و نحوه آرایش ترکیبی - in&out - ریزشمع ها، مقادیر پارامترهاي، فاصله ریزشمع ها از لبه پی نسبت به قطر - - d/D ، فاصله ریزشمع ها از یکدیگر نسبت به قطر - - s/D ، طول کلی ریزشمع نسبت به قطر - - L/D و زاویه تمایل ریزشمع هاي تحت بار اعمالی 270 کیلو پاسکال بر روي پی و اثر آن بر میزان کاهش نشست ، افزایش ظرفیت باربري مورد ارزیابی قرار گرفت. که این امر سبب دسترسی به بهینه مقادیر فوق الذکر گردید.
نتایج حاصل از مقاله حاضر نشان می دهد که در صورت مسلح سازي خاك با ریزشمع و نظر به پارامتر هاي مذکور، مقدار کمترین نشست به همراه بیشترین ظرفیت باربري وقتی فاصله ریزشمع ها از لبه پی نسبت به قطر - d/D - برابر 3 ، فاصله ریزشمع ها از یکدیگر نسبت به قطر - - s/D برابر 4 ، طول کلی ریزشمع نسبت به قطر - - L/D برابر 170 و زاویه تمایل برابر 16 درجه با آرایش ترکیبی یکی در میان داخلی و بیرونی ریزشمع باشد، رخ خواهد داد. در مقاله حاضر براي نزدیک شدن مدل به واقعیت، ریزشمع هاي مایل به صورت گروهی مدل شده است.
-1 مقدمه
میکروپایل یا ریزشمع به شمع با قطر کوچک - کمتر از 30 سانتی متر - اطلاق میشود که پس از حفر گمانه با کوبش کیسینگ، آرماتور فولادي در داخل آن جایگذاري شده و بصورت درجا تزریق می شود. کاربرد آن به دلایلی نظیر صرفه جویی در زمان، کاهش هزینه هاي اجرایی، مصالح کمتر، امکان تجهیز و حمل سریعتر وسایل براي اجراي ریزشمع و کنترل نشست ها در حال افزایش است.
مقاوم سازي پی هاي سطحی یکی از مهمترین بخش هاي مقاوم سازي سازه ها می باشد. که روشهاي مختلفی براي آن تا کنون ابداع گردیده است. در بسیاري از این روشها مستقیما یا بصورت غیر مستقیم خود پی یا خاك زیر آن تعویض شده یا پی با المان هاي سخت تري مانند شمع و ریزشمع به خاك زیر آن دوخته می گردد. استفاده از این روشها همواره در مورد ساختمانهاي ناپایدار بدون خطر نیست. بهترین روشهاي تقویت براي این دسته از سازه ها، روشهایی است که مستقیما پی و خاك زیر آن دست زده نشود.
در کشورما بحث بهسازي هنوز ابعاد ناشناخته بسیاري دارد، و با توجه به اینکه روش بهسازي با ریزشمع نسبت به سایر روش هاي بهسازي مزایاي بسیاري داشته که ازمهمترین آن می توان به میزان کارآیی زیاد، قابلیت نفوذ در خاك داراي لاشه سنگ، قطر کم بین 5 تا 12 اینچ، مناسب براي طراحی در ساختگاه با شرایط محدود، ظرفیت باربري بالا، قابلیت طراحی براي بارهاي کششی و برکنش اشاره کرد.
در این تحقیق مطالعه اي بر روي مقادیر بهینه فاصله قرارگیري ریزشمع نسبت به لبه پی، فاصله قرارگیري ریزشمع ها نسبت به یکدیگر ، طول و زاویه تمایل ریزشمع ها با توجه به عملکرد ، ظرفیت باربري و نشست هاي ایجاد شده در ریزشمع ها انجام شده، سپس نتایج به دست آمده جهت بکارگیري در پروژه هاي عمرانی براي شرایطی که سازه به دلیل عدم در نظر گرفتن شرایط ساختگاه و یا ساخت و سازهاي غیر اصولی دچار نشست بیش از حد مجاز شده و نیاز به بهسازي دارد با توجه به صرفه جویی در هزینه با حداکثر میزان کارآیی مورد استفاده قرار می گیرد.
در این تحقیق یک مورد عملی که نشست بیش از حد مجاز را تجربه کرده در نرم افزار Flac 3D مدل شده است. سپس ریزشمع ها به گونه اي در خاك قرار داده می شوند تا بهینه ترین فواصل قرارگیري ریزشمع ها نسبت به لبه پی ، یکدیگر ، طول و زاویه تمایل براي مدل مسئله با کنترل نشست، حداکثر ظرفیت باربري و به لحاظ صرفه جویی در هزینه و وقت حاصل شود. به دلیل آنکه در عمل ریز شمع ها به صورت گروهی اجرا می شوند، در تحقیق حاضربراي نزدیک شدن مدل به واقعیت، ریزشمع هاي مایل به صورت گروهی مدل می شوند.
-2 تاریخچه
تکنولوژي ساخت ریزشمع در اوایل دهه 1950 در ایتالیا آغاز و در پاسخ به تقاضاي کشف روشی براي تقویت ساختمان هاي تاریخی و بناهاي یادبود جهت کنترل خرابی در آن ها در اثر گذشت زمان و به ویژه در طی جنگ جهانی دوم، ابداع گردید. در آن زمان یک سیستم تقویت پی مناسب جهت کنترل بارهاي وارده از سازه با کمترین تغییرمکان و تغییر در شرایط محیطی حاکم براي سازه ي موجود مورد نیاز بود
یک پیمانکار ایتالیایی با نام " Fondedile " به کمک دکتر "Fernando Lizzi" به عنوان یک مدیر فنی، "Palo radice" یا شمع هاي ریشه اي را براي تقویت پی ها ارائه کردند [2] و به مدت بیش از دو دهه بعد در آمریکا - - Bruce , 1988-89 معرفی و گسترش یافت. خصوصا در اواسط دهه 1980 یک رشد سریع در کاربرد آن بخصوص به عنوان المان نگهبان فونداسیون در کاربرد بارهاي استاتیکی و لرزه اي، همچنین در مسلح سازي برجاي شیب ها و پایدار سازي گودبرداري ها مورد استفاده قرار گرفت. بیشتر این کارها مستقیما به پروژه هاي حمل و نقل مربوط می شدند. در حال حاضر، دستورالعمل ارائه شده توسط اداره فدرال بزرگراه هاي آمریکا - U.S.FHWA - بعنوان مرجع قابل قبول و مورد استفاده طراحان و پیمانکاران اجراي ریزشمع می باشد.
-3 مدلسازي
با توجه به اختلاف نتایج حاصل از روابط تعادل حدي با نتایج واقعی و نیز با پیشرفت محاسبات به صورت رایانه اي و امکان بررسی دقیق تنش و کرنش در نقاط مختلف مدل، روش هاي عددي مبتنی بر روش هاي اجزاي محدود و تفاضل محدود بسیار فراگیر شده اند. مشخصه ي اصلی روش هاي عددي این است که محیط پیوسته، به اجزاي نسبتا کوچکتري در مقایسه با محیط اصلی تقسیم شده و سپس معادلات مشخصه براي هر المان برقرار می شود، این معادلات همزمان توسط رایانه حل شده و در نهایت نتایج، شامل تنش و تغییرشکل در محیط مورد بررسی و اطراف آن ارائه می گردد.روش هاي عددي با توجه به ماهیت تکراري بودن روند حل معادلات اکنون در قالب کدهاي محاسباتی منجر به ارزیابی پایداري مجموعه ي المان ها با سرعت و دقت بیشتر و البته هزینه ي بسیار کمتري خواهند شد. با توجه به آنکه روش عددي مورد استفاده در تحقیق حاضر روش تفاضل محدود می باشد براي مدلسازي سیستم ریزشمع- خاك از نرم افزار FLAC 3D استفاده شده است.
روش تفاضل محدود از قدیمی ترین تکنیک هاي عددي براي حل معادلات دیفرانسیل با مقادیر اولیه و شرایط مرزي مشخص، محسوب می شود. در این روش براي حل معادلات به ازاي هر مشتق موجود در معادله، عبارت جبري بر حسب متغییرهاي مسئله از جمله تنش، جابجایی و ... که مبتنی بر روش محاسباتی لاگرانژي است جایگزین می شود. با توجه به عدم تشکیل ماتریس و نیز تحلیل جابجایی بزرگ این روش قابلیت حل طیف وسیعی از مسائل را داراست.
فرض براین است که محیط پیوسته است. مدل رفتاري در نظر گرفته شده جهت آنالیز مدل موهر – کولمب می باشد. براي توده خاك از پارامترهاي E,C,γ,φ,ψ استفاده می کنیم.
جدول -1 مشخصات خاك و پی مدل رفتاري موهر- کولمب
