بخشی از مقاله
چکیده:
ترزاقی ظرفیت باربری پی های سطحی را به روش جمع آثار قوا بدست آورد، اگر چه این روش همیشه دارای مقداری خطا بوده است.اما با این وجود اغلب مهندسین از این روش برای بدست آوردن ظرفیت باربری پی های سطحی استفاده می کنند. در این تحقیق سعی شده است بااستفاده از حل توام معادلات وبدون استفاده از روش جمع آثار قوا ظرفیت باربری دینامیکی پی های سطحی بدست آورده شود.
درستی این مطلب را می توان در نتایج آزمایشگاهی مشاهده نمود. در این روش با استفاده از عرض موثری که نتایج آزمایشات نیز آن را تایید می کنند و با استفاده از زاویه تنش برشی میانگین وهمچنین یک سطح گسیختگی سه ناحیه ای که متشکل است از -1 ناحیه مقاوم،-2 ناحیه محرک ،-3 ناحیه میانی. این سطح شباهت زیادی به سطوح استفاده شده توسط سایر محققین از جمله سارما- یوسیفلیس - 1990 - و همچنین بودهو- الکرنی - - 1993 دارد. نتایج بد ست آمده در نمودارهایی ارائه شده که در مقایسه با سایر روابط ارائه شده از دفت بهتری برخوردار است.
مقدمه
برکسی پوشیده نیست که خاک یکی از مهم ترین مصالح در پروژه های عمرانی می باشد، با این وجود دقت در تعیین مقاومت خاک امری مهم و حیاتی برای تخمین مقاومت کل سازه به حساب می آید، در این میان با توجه به خطر نیروهای دینامیکی برای تمام پروژه های عمرانی توجه به مقاومت دینامیکی خاک برای احداث پروژه ها امری لازم و ضروری می باشد، زیرا تمام نیروهادر نهایت به خاک وارد می شود. در سالهای اخیر عدم توجه به این موضوع مهم سبب خسارات فراوان مالی و جانی نه تنها در کشور ما بلکه در تمام جهان شده است.
باتوجه به رابطه ظرفیت باربری براساس حداکثر بار قابل تحمل در لحظه ی گسیختگی وبا در نظر گرفتن جمع اثار قوا بدست می آید. به این نکته باید توجه شود که گستردگی تحقیقات انجام شده در مورد اثر نیروی زلزله برروی پی های سطحی به میزان تحقیقات اثرنیروی های استاتیکی بر روی این پی ها نبوده است.
پایه واساس محاسبه ظرفیت باربری خاک براساس رابطه ترزاقی - 1943 - می باشد. این رابطه ازسه قسمت به صورت -1فشار سربار - q - ، -2چسبندگی - c - و-3 وزن خاک - - بیان می شود. سطح کسیختگی مورد استفاده ترزاقی مطابق - شکل - 1-1 می باشد. در روش جمع آثار قوابرای بدست آوردن فاکتورهای ظرفیت باربری به دو صورت عمل می شود که این روش ها بصورت -1خاک بدون وزن و دارای , C می باشد - که C ،نشان دهنده چسپندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک می باشد - و q که نشان دهنده فشار سر بار خاک است، -2 خاک بدون چسبندگی همراه با وزن اما بدون فشار سرباراطراف در نظر گرفته می شود. با حل هر یک از روش های ذکر شده ضرایب ظرفیت باربری به طور جداگانه بدست می آیند و سپس با قرار دادن هر یک از فاکتورها به طور جدا گانه معادله ظرفیت باربری بدست می آید.
این روش به روش جمع آثار قوامعروف است. با توجه به این که بسیاری از محققین از این روش - جمع آثار قوا - برای بدست آوردن ظرفیت باربری پی های سطحی استفاده کردند اما داده ها ونتایج آزمایشگاهی این روش را دارای خطا می دانند. به طور مثال ضریب ظرفیت باربری بدست آمده با استفاده از روش جمع آثار قوا توسط پراندتل - 1920 - دارای خطایی در حدود 30 درصد می باشد که خود می تواند عددی قابل توجه به حساب آید. لاو - - 1993 نیز با استفاده از این روش فاکتورهای ظرفیت باربری را بدست آورد که مقدار خطای او نیز در حدود 20درصد بود.
ریچاردز و همکاران - 1993 - از سطح ساده شده پراندتل برای تحقیق خود استفاده کردند. آنها این سطح را به یک سطح مثلثی با دو ناحیه مقاوم و محرک تقسیم نمودند - شکل[8] - 1-2 .کناپت وهمکاران - 2006 - نیز در تحقیقی که بر روی مدل های آزمایشگاهی انجام دادند
روش جمع اثار قوا را برای بدست آوردن فاکتورهای دینامیکی ظرفیت باربری دارای خطا دانسته و این روش را برای بدست آوردن این فاکتورها مناسب نداستند و همراه با خطا معرفی کردند. آنها حل توام معادلات را روشی مناسب برای این کار معرفی نمودند
در نظر گرفتن پارامتری به نام میتواند در بدست آوردن N بدون در نظر گرفتن اصل جمع اثار قوا بسیار موثر باشد، این پارامتر را می توان در شکل - - 1-4مشاهده کرد.[5 کناپت وهمکاران - - 2006 در تحقیق خود سطح گسیختگی را برای بدست آوردن فاکتورهای ظرفیت باربری معرفی کردند که مطابق سطحی است که در این تحقیق استفاده شده است.
ژائو وهمکاران - 2013 - نیز در تحقیقی به مطالعه عرض موثر پی های سطحی پرداختند. آنها نیز به این نکته تاکید کردند که روش جمع آثار قوا برای بدست آوردن ظرفیت باربری دینامیکی دارای خطا می باشد.
- شکل - 1-1سطح ارائه شده توسط ترزاقی - - 1993
- شکل - 1-2سطح ارائه شده توسط ریچادز - 1993 -
تعیین N qE و N E در تحقیق حاضر
با توجه به معادله تعیین ظرفیت باربری خاک که از سه ضریب شامل: -1ضریب مربوط به چسبندگی خاک - 2 N c ضریب مربوط به فشار سر بار خاک -3 N qضریب مربوط به وزن خاک N تشکیل شده است. با توجه به اینکه تحقیق انجام شده بر روی خاک های دانه ای می باشد، دو ضریب مربوط به فشار سر بار خاک - - N qE و فاکتور مربوط به اثر وزن خاک - N E - در این تحقیق مورد تحلیل قرار گرفته است.
همچنین استفاده از حل همزمان معادلات که خود باعث عدم استفاده از روش جمع آثار قوا می شود، معادله ظرفیت باربری دینامیکی خاک بدست می آید. مدل ها وداده های آزمایشگاهی این روش را مورد تایید قرار می دهند و روش جمع آثار قوا را برای بدست آوردن ظرفیت باربری دینامیکی دارای خطا می دانند.[5] این در حالی می باشد که بیشتر محققان از روش جمع آثار قوا فاکتورهای ظرفیت باربری دینامیکی را بدست آورده اند. NqE و N E بدست آمده در تحقیق حاضر با استفاده از عرض موثرجدیدی که مطالعات انجام شده قبلی حاکی از درست بودن این موضوع می باشدمورد تحلیل قرار گفته اند.
در تحقیقی که ژائو وهمکاران - - 2013 انجام دادند این عرض را در حدود3 تا 3.5 برابر عرض فونداسیون بدست آوردند. که عرض انتخاب شده ما نیز در این محدوده واقع شده است. در این مقاله از سطح گسیختگی - شکل - 1-5 سه ناحیه ای که شامل سه ناحیه -1: ناحیه مقاوم، -2 ناحیه محرک و-3 ناحیه میانی است استفاده شده است، مانند آنچه که بودهو- الکرنی - 1993 - به عنوان سطح گسیختگی - شکل - 1-4در تحقیقات خود مورد استفاده قرار دادند.
باید توجه نمود که مدل های واقعی آزمایشگاهی نیز نشان دهنده به وجودآمدن این سطح گسیختگی در هنگام زلزله ونیروهای دینامیکی است، از جمله این مدل های آزمایشگاهی می توان به مدل گسیختگی کناپت وهمکاران - - 2006اشاره کرد که نشان دهنده درستی این موضوع می باشد. وی توانست با انجام مدل های ازمایشگاهی واقعی با شتاب های مختلف، این سطح گسیختگی را با تست های مختلف ارائه کند. نتایج بدست آمده توسط کناپت و همکاران - 2006 - در مورد استفاده از روش جمع اثار قوا مشابه نتایج بدست آمده توسط ژائو وهمکاران - - 2013 بود. البته تفاوت دیگری که در این سطح گسیختگی با سطح الکرنی دیده می شود استفاده از به جای است، که در این سطح مورد استفاده قرار گرفته است.
علت استفاده از این است که اگر از استفاده کنیم کران بالای تحلیل حدی بوده که منجر به تخمین بیش از حد ظرفیت باربری خواهد شد که در عمل نیز این چنین می شود
این کار نیز به نظر منطقی بوده و استدلال مناسب وصحیحی برای این موضوع می باشد. این مسئله در نمودار های بدست امده به خوبی قابل مشاهده است. در این معادلات برای تعیین ضریب N E از ضریب که در معادلات نقش مهمی را ایفا می کند استفاده شده است. این ضریب تابعی از وزن خاک است. ژو وهمکاران - - 2003 حالت های مختلفی برای این ضریب تعریف کرده اند که بر اساس آن هر چه افزایش یابد مساحت ناحیه مقاوم افزایش یافته وخاک حالت بی وزن پیدا می کند.
در شکل - 1-4 - حالت های مختلف نشان داده شده است در تحقیق حاضر این ضریب را برابر یک در نظر گرفته که با توجه به مطالعات گذشته این مقدار منطقی ومناسب است. اثر نیروهای اینرسی خاک نیز در این معادلات برای بدست آوردن ضرایب N E لحاظ شده است. همان طور که در معادلات دیده می شود بر اساس انچه که از مدل های آزمایشگاهی بدست آمده، با حل همزمان معادلات ضریب N E را برحسب ضریب NqE بدست می آید. این کار می تواند کاری منطقی وصحیح برای بدست آوردن این فاکتورها باشد، زیرا در یک توده خاک در صورت وجود هرکدام از سه فاکتور چسبندگی - C - ، فشار سربار - q - ، و وزن خاک - - ، با وارد شدن نیرو، مقاومت آنها بصورت اثر توام همه فاکتورها می باشد.
از دیگر نکات این معادله تاثیر مستقیم شتاب قائم می باشد که می توان این شتاب را در معادله به طور مستقیم لحاظ کرده و تاثیر آن را مشاهده نمود. در نمودارهای بدست آمده در شکل های - 1-6تا - 1-12می توان نتایج حاصل از این تحقیق را مشاهده نمود و نتایج آن را با دیگر مطالعات انجام شده مورد مقایسه وبررسی قرار داد.
- شکل - 1-3سطح ارائه شده توسط الکرنی - 1993 -
- شکل - 1-4مقدار ارائه شده توسط ژو وهمکاران - - 2003
- شکل - 1-5 سطح ارائه شده در تحقیق حاضر - - 2015
