بخشی از مقاله
خلاصه
در سالهای اخیر، برای ترسیم نمودار ظرفیت باربری پیهای عمیق روابط مختلفی توسط محققان ارائه شده است، که هر کدام با توجه به تفاوت در نوع پارامترهای مورد استفاده و شرایط خاک مورد نیاز، جوابهای متفاوت و گاهی با اختلاف زیادی را ارائه میدهند. این اختلافات بین نتایج بدست آمده از روابط مختلف لزوم بررسی دقیقتر را نشان میدهد ؛ امروزه صحتسنجی و دقت این روابط با وجود نرمافزارهای دقیق عددی به راحتی امکان پذیر است. در این پژوهش یک ریزشمع تک به طول 10 متر در خاک ماسهای خشک با استفاده از نرمافزار PLAXIS 3D Foundation مدل گردیده و با نمودار ظرفیت باربری بدست آمده از روابط روشهای تحلیلی مورد مقایسه قرار گرفته شده است.
.1 مقدمه:
ریزشمعها در اوایل دهه 1950 در ایتالیا و در پاسخ به یک روش ابتکاری و ابداعی جهت پیبندی و مقاومسازی آثار تاریخی که در گذشت زمان و بویژه در طی جنگ جهانی دوم در معرض آسیب یا تخریب قرار گرفته بودند، ظهور کردند. ریزشمعها به شمعهای با قطر کوچک - کمتر از 300 میلیمتر - اتلاق میگردد که غالباً با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه میباشند. ریزشمعها، علاوه بر آن که به عنوان یک المان باربر مقاوم در برابر نشست عمل میکنند به دلیل تزریق دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی - مقاومتی و رفتاری - خاک اطراف نیز میگردد.
[1] ریزشمعها با توجه شرایط زیرسطحی محل اجرا میتوانند به صورت ساده یا همراه با غلاف اجرا شوند، ذکر این نکته ضروری است که ظرفیت باربری غلاف در محاسبه ظرفیت باربری ریزشمع لحاظ میگردد. برای محاسبه ظرفیت سازهای، ژئوتکنیکی و همچنین نحوه ساخت واجرای ریزشمعها آیین نامه FHWA که توسط اداره بزرگراههای وزارت راه کشور آمریکا متنشر شده، که مورد استفاده مهندسان قرار میگیرد .[1]
برای محاسبه ظرفیت باربری و نشست ریزشمع تک، تاکنون روابطی ارائه نشده و تمامی روابط ذکر شده در مراجع، مربوط به گروه ریزشمع میباشد، اما روابط مختلفی برای محاسبه ظرفیت باربری و نشست شمع تک موجود است. با توجه به استفاده از ریزشمع نوع A در این پژوهش - اجرای ریزشمع بدون تزریق گروت و به صورت وزنی - با در نظرگیری چندین فاکتور می توان از روابط شمع برای ریزشمع نیز استفاده نمود. از جمله محقیقین، میتوان به[2] Meyerhof، [3] Vesic و[4] Coyle and Castello اشاره نمود که مطالعات متعددی برای تعیین مقادیر ظرفیت باربری نوک و جدار انجام دادهاند.
روشهای عددی مشابه اجزای محدود و یا اختلاف محدود، میتوانند حل دقیقی را ارائه کنند. این روشها دارای محدودیت هایی هستند. نیاز به زمان نسبتا طولانی و نیاز به سیستم کامپیوتری برای محاسبات از جمله این محدودیتهاست. گاهی به علت نیاز به تخمین سریعتر و قابل قبول، نیاز به استفاده از روابط تحلیلی با دقت مورد قبول، میباشد. مقایسه روابط تحلیلی با روش عددی و یافتن یک دید روشن از مقدار خطا و توانایی هریک از این روشها، دلیل انجام شدن این پژوهش است.
در مقالهی پیش رو یک ریزشمع 10 متری در خاک ماسهای مدل سازی شده است و بار وارد شده به صورت گسترده بر سطح مقطع ریز شمع اعمال گردیده و در انتها، نمودار ظرفیت باربری بدست آمده با نتایج حاصل از روابط تحلیلی مورد مقایسه قرار گرفته است. به این منظور از نرم افزار ژئوتکنیکی PLAXIS 3D FOUNDATION استفاده شده است که محاسبات را بر پایهی روش عددی اجزای محدود انجام میدهد.
2. مدل سازی عددی یک ریزشمع
.1.2 مدل رفتاری و مشخصات ریزشمع و خاک:
در تحلیل انجام گرفته در این پژوهش که توسط نرم افزار PLAXIS 3D Foundation بوده، از مدل رفتاری مور-کلمب برای خاک و مدل الاستیک برای ریزشمع استفاده شده است. ریزشمع به قطر 250 میلیمتر در دو نوع خاک ماسهای همگن خشک مختلف قرار دارد، مشخصات خاک و گروت را در جدول 1 ارائه شده است. در ادامه باید یادآور شد که سطح مشترک میان خاک و ریزشمع به علت پیوند قوی ایجاد شده در اثر اجرای گروت، به صورت صلب در نظر گرفته شده و در نرم افزار مقدار 1 به آن اختصاص داده شده است . - Rinter=1 -
.2.2 هندسه مدل:
در این بررسی یک ریزشمع 10 متری به قطر 250 میلیمتر در یک محیط همگن با ابعاد 30×30 و به ارتفاع 30 متر مدل شده است و بار 120 تن به صورت گسترده بر روی سطح مقطع ریزشمع قرار گرفته است. در شکلهای -1 - الف - و -1 - ب - به ترتیب ریزشمع و بار روی آن در محیط نرم افزار و مقطع ریزشمع، نشان داده شده است. لازم به ذکر است که در شکل -1 - ب - بار گسترده به صورت شبکه آبی رنگ بر مقطع ریزشمع نشان داده شده است.
الف - ریزشمع و بار گسترده وارده در محیط نرم افزار ب - مقطع ریزشمع و بار به صورت شبکه بر روی آن شکل -1 ریزشمع مدل شده در محیط نرم افزار
.3.2 تحلیل و خروجی نرم افزار:
پس از مدلسازی ریزشمع در محیط نرم افزار و اعمال بار 120 تن به صورت بار گسترده بر مقطع شمع و تحلیل آن، نتایج بدست آمده به صورت نمودار بار- نشست برای خاک با تراکم متفاوت در شکل 2 نشان داده شده است. شکل -2 - الف - مربوط به خاک با تراکم زیاد و -2 - ب - خاک با تراکم زیاد میباشد. همچنین در شکل 3 مقطع ریزشمع مدل شده در محیط خاک را بعد ازتحلیل، میتوان مشاهده نمود.
- الف - خاک با تراکم زیاد
- ب - خاک با تراکم کم
.4.2 تخمین ظرفیت باربری نهایی ریزشمع از نمودار ظرفیت باربری:
در این بخش، با استفاده از معیارهای تجربی، ظرفیت باربری نهایی ریزشمع مدل شده با نرم افزار تخمین زده میشود. در ادامه دو روش مورد استفاده در این پژوهش توضیح داده شده و در انتها نتایج حاصل از این روشها در جدولی آورده شده است .[5]
