بخشی از مقاله
خلاصه
ریزشمعها بطور فزایندهاي در تقویت پی سازهها و بهبود عملکرد آنها استفاده میشود. ریزشمع علاوه بر آنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل میکند به دلیل تزریق دوغاب سیمان سبب بهبود مشخصات مکانیکی مقاومتی و رفتاري خاك اطراف نیز میگردند عملکرد ریزشمعها در این سازه ها افزایش ظرفیت باربري نهایی و کاهش تغییرشکل و نشست پی است. همچنین باتوجه به محدودیت استفاده از شمعهاي عمیق د رمناطق شهري و مسکونی استفاده از ریزشمعها میتواند جایگزین مناسب براي مناطقی با فضاي محدود باشد.
امروزه در پروژههاي بزرگ ساختمانی نیز اجراي ریزشمعها به دلیل مزایاي منحصر بفرد این روش نسبت به شمعهاي بتنی متداول ازجمله انعطاف پذیري بالا، شکل پذیري قابل ملاحظه و ظرفیت قاب لتوجه در مقابله با نیروهاي کششی افزایش گستردهاي داشته است. در این مقاله رفتار بار تغییر شکل گروه ریزشمع تحت اثر بارهاي فشاري و کششی، با استفاده از تحلیل المان محدود بررسی شد. اندرکنش خاك-ریزشمع در مدل نیز در نظر گرفته شد. تاثیر پارامترهایی نظیر قطر، طول، فواصل و زاویه انحراف ریزشمعها در تحلیل انجام شد.
.1 مقدمه
ریزشمعها - میکروپایل - بطور فزایندهاي در تقویت پی سازهها و بهبود عملکرد آنها استفاده میشود. ریزشمعها، شمعهایی با قطر کمتر از 300 میلیمتر هستند که به صورت درجا و با تزریق دوغاب سیمان و تسلیح فولادي به صورت یک یا جند آرماتور در مرکز همراه هستند.[1] علاوه بر نصب آسان، ریزشمعها براي اصلاح و بهسازي فونداسیونهاي موجود استفاده میشوند. براي مثال، در بهسازي لرزهاي، یکی از نقشهاي ریزشمعها افزایش ظرفیت کششی فونداسیونهاي موجود و کاهش تغییرشکلهاي قائم سازه در هنگام زلزله است.[2] ریزشمعها همچنین براي افزایش ظرفیت باربري و کاهش تغییرشکل فونداسیون تحت اثر بارهاي فشاري و کششی استفاده میشوند.
ریزشمعها نه تنها براي تحمل بار نهایی طراحی میشوند، بلکه براي محدود کردن تغییر شکلهاي سازه، مخصوصا زمانی که براي اصلاح و بهسازي فونداسیونهاي موجود استفاده میشوند، بکار میروند. بنابراین، رفتار کامل بار-تغییر شکل براي طراحی ریزشمع بسیار مهم است. اگرچه نه تنها روشهاي ساخت براي ریزشمعها، بلکه مشخصات سازهاي ریزشمعها و اندرکنش سطح مشترك ریزشمع-خاك بطور قابل توجهی با هردو شمعهاي فولادي و انکر تفاوت دارد. متعاقبا روشها و بارامترهاي ا ستفاده شده براي انکر و شمعهاي فولادي بطور م ستقیم قابل کاربرد نیست. ریزشمع در مقایسه با سایر روشهاي بهسازي داراي ویژگیهاي بارز است. نصب ریز شمع در خاك به گونهاي است که داراي کمترین تغییرات را در خاك و محیط اطراف خود به وجود میآورد.
همچنین براي اجراي ریزشمع از مصالح با حجم کم شامل فولاد و سیمان و حجم بالاي نیروي انسانی استفاده میگردد که با توجه به گرانی مصالح استفاده از ریزشمع نسبت به سایر روشهاي بهسازي نظیر اجراي شمع تثبیت با سیمان و ... که مبتنی بر استفاده از حجم زیاد مصالح است اقتصاديتر است. ماشینآلات اجراي ریزشمع در مقایسه با ماشینآلات اجرایی سایر روشها داراي حجم و ابعاد کمتري است و در کارگاه به سهولت جابجا میشود. همچنین ارتعاش و سروصداي هنگام نصب به حداقل میرسد. بنابراین مزایاي بیشتري نسبت به تراکم دینامیکی و شمع کوبی دارد.در این تحقیق به بررسی رفتار گروه ریزشمع بکار رفته فونداسیون در خاك رس کرمان تحت اثر بار ناشی از سازهها پرداخته میشود. نتایج تحلیلهاي پارامتري با استفاده از روش المان محدود دوبعدي ارائه شده اند.
.2 مدلسازي عددي
براي بررسی رفتار ریزشمعها تحت اثر بار ناشی از سازهها از نرم افزار PLAXIS 2D استفاده شده است. مدلسازي بصورت کرنش صفحهاي با درنظر گرفتن مسائل اندرکنش خاك-ریزشمع است. این نرم افزار شامل المانهاي مثلثی 15 گرهاي و 6 گرهاي است. در تحلیل از المان مثلثی 15 گرهاي استفاده شد، زیرا این المانها بسیار دقیقتر و داراي 12 نقطه تنش در هر کدام از آنها است. المانهاي سازهاي با استفاده از المان پلیت مدل شد. به منظور اطمینان از دقت نتایج، ابعاد مدل و مرزهاي جانبی بزرگتر در نظر گرفته شده است. هندسه مدل در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل -2 هندسه مدل در PLAXIS
مصالح مورد استفاده در این تحقیق شامل بتن آرمه، دوغاب، ریزشمع و همچنین خاك رس است. براي شبیه سازي محیط خاکی از مدل رفتاري موهر-کولمب استفاده شده است. این بررسی در خاك ریزدانه با مشخصات پارامترهاي خاك که در جدول 1ارائه شده است، انجام شد. سطح آب زیرزمینی در مدل در نظر گرفته نشد و شرایط خاك خشک فرض شد. به دلیل عدم قابلیت تعریف مجزا میلگرد و دوغاب ریزشمع در نرم افزار، با توجه به بررسیهاي انجام شده، پی شنهاد ﺷﺎﻧﮋي [3] در سال 2005 براي انتخاب مقدار مدول الا ستی سیته کلی ریز شمع در نظر گرفته شد.
مشخ صات ریز شمعها نیز در جدول 2 ارائه شده است.سطح مشترك بین خاك و ریزشمع با استفاده از المان اینترفیس مدل شد. در این تحقیق از ریزشمعها با طول 5 متر و فواصل 1 متر و قطرهاي 10، 15 و 25 سانتیمتر استفاده شد. در جدول 3 مشخصات دال بتنی روي ریزشمعها نشان داده شده است. در این تحقیق به ﺑﺮرﺳﯽ رفتار ریزشمعها تحت تاثیر بار ناشی از سازهها پرداخته شد. در این تحلیل بار معادل یک ساختمان 10 طبقه بر دال فونداسیون اعمال شد. همچنین در مطالعه پارامتریک شامل تاثیر طول، قطر، فواصل، تعداد و زاویه ریزشمعها بروي عملکرد مجموعه و ﻣﯿﺰان نشست بررسی شد. در شکل 3 مش المان محدود نشان داده شده است.
