بخشی از مقاله
خلاصه
در سالهای اخیر، استفاده از ریزشمعها چه به صورت تک وچه گروه، خصوصا زمانی که امکان استفاده از شمعهای متداول وجود ندارد، به منظور تقویت پی سازهها، مورد استفاده قرار گرفتهاند. این المانهای تقویتی به علت سهولت اجرا، مقرون به صرفه بودن، نیاز به دسترسی کم و امکان تقویت پی سازههای موجود، اخیرا در ایران نیز مورد توجه زیادی بوده اند.
مهمترین مرجع ریزشمعها FHWA میباشد که روش اجرا، تحلیل و طراحی آنها طی گزارشی مورد بررسی قرار گرفته است. با وجود نرمافزارهای دقیق عددی و عدم قطعیتهای موجود به منظور تخمین پارامترهای مورد نیاز تحلیل با روابط موجود در FHWA، در این پژوهش یک گروه ریزشمع در دو خاک با مشخصات متفاوت توسط روش عددی و روابط تحلیلی مورد مقایسه قرار گرفته؛ در روش تحلیلی به منظور تخمین نشست از روابط مربوط به گروه ریزشمع و چندین رابطه مربوط به گروه شمع استفاده شده است. نرمافزار مورد استفاده در روش عددی نرمافزار اجزای محدود PLAXIS 3D Foundation میباشد، نتایج حاکی از تطبیق بهتر روابط مربوط به گروه شمع با نتایج روش عددی دارد.
1. مقدمه
مفهوم اولیه ریزشمعها در اوایل دهه 1950 در ایتالیا توسط پیمانکار ایتالیایی به نام Fondedile به منظور تقویت و بهسازی آثار تاریخی که در زمان جنگ جهانی دوم در معرض آسیب یا تخریب قرار گرفته بودند، ارائه شد. از اواسط دهه 80 میلادی به طور فزایندهای استفاده از این روش مقاومسازی، ترویج یافت. ریزشمعها عمدتا به عنوان المانهای تقویتی فونداسیون در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی و به میزان کمتر به منظور پایدارسازی شیبها و خاکبرداریها مورد استفاده قرار میگرفتند. 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 که سبب بهبود مشخصات مکانیکی - مقاومتی و تغییرشکلی - خاک اطراف نیز میگردند .
اداره بزرگراههای وزارت راه3 کشور آمریکا در سال 1993 پروژهی گستردهای را به منظور بررسی ریزشمعها آغاز نمود. نتایج این بررسیها به صورت گزارشی در سال 1997 ارائه گردید که شامل دادههای تستهای میدانی و آزمایشگاهی، روش طراحی، اصول اجرا و نتایج چندین پروژه بررسی موردی بود که به عنوان مهمترین مرجع ریزشمعها مورد استفاده مهندسان قرار میگیرد.
سیستم پی تقویت شده با ریزشمع با توجه به هدف اجرا و شرایط محیط به دو صورت گروه ریزشمع - سرشمع با خاک در ارتباط نیست - و پی-ریزشمع - سرشمع بر روی خاک قرار دارد - ، اجرا میشود. روابط ارائه شده در FHWA برای حالت گروه ریزشمع میباشد. این نوع اجرا معمولا در خاکهای متورم شونده به منظور جلوگیری از وارد شدن فشار ناشی از تورم به سرشمع و یا در مواردی که سطح آب بالاتر از سطح زمین است - سازه-های دریای - مورد استفاده قرار میگیرد. بررسیهای انجام گرفته در این پژوهش مربوط به گروه ریزشمع میباشد.
به منظور تخمین ظرفیت باربری و نشست گروه ریزشمع توسط روابط ارائه شده در FHWA، نیاز به انتخاب پارامترهایی بر پایه تستهای میدانی مانند آزمایش نفوذ استاندارد - SPT - است که در برخی موارد به علت نبود چنین دادههایی برای انتخاب این پارامترها، نتایج بدست آمده از روابط روش تحلیلی خطای قابل توجهی نشان میدهد. از طرفی روشهای دقیق عددی با وجود ارائه نتایج قابل قبول، دارای محدودیتهای نظیر، زمان تحلیل نسبتا طولانی و نیاز به سیستم کامپیوتری برای محاسبات میباشند.
با توجه به محدودیتهای ذکر شده برای روش عددی، نیاز به استفاده از روابط تحلیلی که بتواند نتایج قابل قبولی را ارائه کند، احساس میشود. مقایسه نتایج روابط روش تحلیلی با روش عددی و یافتن یک دید روشن از میزان خطای میان دو روش، دلیل انجام این پژوهش است.
در مقاله پیشرو یک گروه ریزشمع 4×4، تحت یک بار گسترده برروی سرشمع، در خاک ماسهای مورد تحلیل قرار گرفته و نمودار ظرفیت باربری حاصل از دو روش تحلیلی و عددی مورد مقایسه قرار میگیرد. ریزشمع مورد بررسی در این پژوهش، ریزشمع نوع A است که در آن دوغاب به صورت یک مرحلهای و به صورت وزنی اجرا میشود. به علت شباهت رفتاری ریزشمع نوع A به شمعهای متداول بتنی، روابط مربوط به تخمین نشست گروه شمع نیز به منظور مقایسه با نتایج روش عددی، مورد بررسی قرار میگیرد.
2. مدلسازی عددی گروه ریزشمع
1.2 مشخصات خاک و ریزشمع و مدلرفتاری در روش عددی
یک گروه 4×4 ریزشمع با فاصله مرکز به مرکز یک متری که بر روی آن یک پی با ابعاد 5×5 به عنوان سرشمع قرار گرفته و ریزشمعها با طول و قطر یکسان 10 و 0/25 متری در زیر آن قرار دارند، مدل عددی این بخش را تشکیل میدهند. مدل رفتاری مورد استفاده در نرمافزار برای خاک و ریزشمع به ترتیب مدل مور-کولمب و الاستیک خطی میباشد. خاک مورد استفاده، خاک ماسهای خشک با مشخصات متفاوت بوده که مشخصات آن درجدول 1 قابل مشاهده میباشد.
جدول-1 مشخصات خاک، مصالح ریزشمع و سرشمع
لازم به ذکر است که روابط ارائه شده در FHWA برای گروه ریزشمع، با فرض سرشمع صلب است به همین منظور و به منظور صلب نمودن رفتار سرشمع تحت بار وارده، ضخامت آن 1/5 متر و مشخصات مصالح اختصاص یافته مشخصات فولاد میباشد. همچنین سطح مشترک میان خاک و ریزشمع به علت پیوند قوی ایجاد شده در اثر اجرای گروت، به صورت پیوند کامل در نظر گرفته شده است.
2.2 هندسه مدل
گروه ریزشمع در دوخاک همگن طبق مشخصات جدول 1، در نرمافزار مدل شده است. بار وارد بر گروه، ظرفیت بدست آمده از روابط روش تحلیلی بوده که به صورت گسترده بر سرشمع وارد میشود. گروه ریزشمع مدل شده در نرمافزار PLAXIS 3D Foundation در شکل 1 قابل مشاهده می-باشد.
3.2 نتایج تحلیل و خروجی نرمافزار
همانطور که پیشتر گفته شد، گروه ریزشمع در دو خاک با مشخصات متفاوت مدلسازی و تحلیل گردیده است. سربار وارد بر گروه برای هر خاک، همان ظرفیت باربری گروه ریزشمع بدست آمده از رابطه روش تحلیلی است - طبق رابطه . - 1 ظرفیت گروه با درنظر گیری ضریب اطمینان 2 - پیشنهاد شده در - FHWA برای خاک نوع اول و دوم به ترتیب مقادیر 675/5 و 911 تن بوده که به صورت گسترده بر سرشمع وارد شده است. نتایج تحلیل به صورت منحنی ظرفیت باربری در - شکل - 2 قابل مشاهده است.
3. مروری بر روابط روش تحلیلی
1.3 روابط تخمین ظرفیت باربری و نشست مطابق FHWA
همانطور که پیشتر ارائه گردید FHWA مهمترین مرجع مربوط به ریزشمعها میباشد؛ که به منظور تخمین ظرفیت باربری گروه ریزشمع در خاک دانه-ای - غیرچسنده - رابطه زیر را پیشنهاد نموده است
