بخشی از مقاله
خلاصه
تعیین پارامترهای ژئوتکنیکی بستر از مسائل مهم در مهندسی ژئوتکنیک میباشد. این پارامتر ها توسط آزمایش های مختلفی از جمله آزمایش بارگذاری صفحه تعیین می شوند. در آزمایش بارگذاری صفحه خاک تحت فشاری که مرحله به مرحله زیاد میشود قرار می گیرد و نشست نیز در هر مرحله مشخص می شود. تحقیق حاضر در شهر مشهد و در محل پروژه هتل الزهرا با اسکلت فولادی 22 سقف انجام شده است.
در این تحقیق 4 آزمایش بارگذاری صفحه ای در 2 تراز سطح زمین و عمق 1,5 متری روی صفحات به قطر 30 و 44 سانتی متر انجام گرفته است. جابجایی های متناظر بار های اعمالی ثبت شده و با استفاده از روابط موجود ضریب عکس العمل بستر بدست می آید. علاوه بر این، مدلسازی قسمتی از پی که در آن به صورت موضعی با مشکل جابجایی برخورد شده با استفاده از نرم افزارPLAXIS 3D صورت گرفته و نتایج نهایی ارائه شده اند.
کلمات کلیدی: ضریب عکس العمل بستر، آزمایش بارگذاری صفحهای، مدلسازی با PLAXIS 3D
مقدمه
عکس العمل ما بین فونداسیون و خاک زیر آن، یکی از مسائل مهم مهندسی عمران میباشد. در رابطه با این موضوع مهمترین مسأله تخمین فشار تماسی و نشست حاصل از آن میباشد، اما به دلیل چند فازی بودن محیط خاک و وجود متغیرهای وابسته به هم، برآورد واقعی و دقیق مجهولات این مسأله حتی با دانش امروزی کاری دشوار است. از این رو اثر محیط خاک با سیستم سادهتری که در مسائل مربوط به اثر متقابل خاک- شالوده مدل بستر نامیده میشود، جایگزین میگردد .
یکی از رایج ترین و سادهترین این مدلها، روش وینکلر میباشد که در بین اکثر طراحان شناخته شده است. در روش وینکلر، محیط خاک مجموعهای از فنرهای یکسان الاستیک خطی، مستقل از دو طرف، با فاصله نزدیک ولی مجزا از هم در نظر گرفته شده و در هر نقطه نسبت فشار تماسی، بر نشست حاصل از آن توسط ضریب عکس العمل بستر برقرار میشود. روش وینکلر به دلیل فرضیات ساده کنندهای که بر پایه آن استوار است، دارای نقاط قوت و ضعفی است که یکی از اساسی ترین محدودیتهای این روش، عدم انتقال تنشهای برشی جانبی در خاک میباشد که در اثر مستقل فرض کردن فنرهای جایگزین خاک زیر فونداسیون نتیجه میشود.
جهت برطرف کردن این ضعف، مدلهای اصلاح شده روش وینکلر از اواسط قرن بیستم معرفی شدند. در تمامی این مدلها به منظور وابسته کردن فنرها به یکدیگر از صفحاتی الاستیک با قابلیت کارشناسی ارشد مهندسی عمران مکانیک خاک و مهندسی پی دانشگاه فردوسی مشهد و عضو گروه مشاوران جوان شهرداری مشهد دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران مکانیک خاک و مهندسی پی دانشگاه فردوسی مشهد کارشناسی ارشد مهندسی عمران مکانیک خاک و مهندسی پی دانشگاه صنعتی شریف تحمل تغییر شکلهای خمشی و یا برشی استفاده شده است، که تعیین مقادیر عددی متغیرهای وابسته به این صفحات خود جای بحث دارد. از این رو این روش چندان محبوبیتی در بین طراحان ندارند.
با وجود نقاط ضعف وارد بر مدل وینکلر، استفاده از این روش در بازه زمانی بیش از یک قرن، منجر به نتایج قابل قبولی خصوصاً در مورد تیرهای انعطاف پذیر شده است،که این نتیجه وابسته به تخمین مقادیر صحیح ضریب عکس العمل بستر میباشد و از این رو، هنوز هم این مدل به طور گسترده در بین طراحان، مورد استفاده قرار میگیرد و برنامههای کامپیوتری متعددی بر اساس این مفهوم پایه گذاری شدهاست.
در حالت کلی روشهای تعیین ضریب عکس العمل بستر، Ks ، را میتوان به صورت زیر دسته بندی کرد: -1 آزمایش بارگذاری صفحه و آزمایش تحکیم و آزمایش سه محوری آزمایش CBR، -5 روابط تئوریک تجربی که توسط محققین ارائه شده است. آزمایش بارگذاری صفحه برای تعیین برخی از پارامترهای خاک از جمله ظرفیت باربری، ضریب ارتجاعی، ضریب برجهندگی و تخمین نشستپذیری خاک برای اغلب مهندسین یک روش ایدهآل به حساب میآید.
در آزمایش بارگذاری صفحهای، خاک تحت فشاری که مرحله به مرحله افزایش مییابد قرار میگیرد و نشست نیز در هر مرحله مشخص میگردد. نتایج آزمایش و روابط بین فشار و نشست برای تعیین رفتار یک پی در ابعاد واقعی مورد استفاده قرار میگیرد. اگر چه میتوان از صفحاتی که کاملا به اندازه ابعاد واقعی پی میباشد استفاده نمود، ولی به طور معمول از صفحات دایروی به قطر 30 تا 75 سانتیمتر و یا صفحات مربعی شکل به عرض 12 تا 60 سانتیمتر استفاده میشود.
تحقیق حاضر در شهر مشهد و در محل احداث هتل الزهرا - س - واقع در خیابان امام رضا - ع - ، نبش دانش شرقی و در شرایطی است که، مطالعات ژئوتکنیک اولیه در گذشته و در زمان شروع پروژه انجام شده است. پروژه هتل الزهرا - س - ، ساختمانی با اسکلت فلزی حدود 22 سقف، شامل چهار طبقه زیرزمین و تراز زیر فونداسیون به عمق حدود 18 متر میباشد. در گزارش اولیه این مطالعات ژئوتکنیک، مقدار ضریب خاک بستر با استفاده از روابط تقریبی ارائه شده بود، لذا در این پروژه انجام آزمایش بارگذاری صفحه مد نظر قرار گرفت. علاوه بر این، قسمتی از پی سازه نیز توسط نرم افزار PLAXIS مدلسازی شده است و خروجی مدل و نحوه اعمال بارها بررسی شدند.
آزمایش بارگذاری صفحهای
این آزمایش عبارت است از، قرار دادن یک صفحه صلب - اغلب فولادی - روی خاک و اعمال فشار بر آن، همراه با اندازهگیری میزان فرورفتن صفحه در خاک، به ازای مقدار فشاری که وارد میشود. در پروژه حاضر از صفحه 44 سانتیمتری و 30 سانتیمتری استفاده شده است. اغلب هرچه اندازه دانههای خاک درشتتر باشد - خاک همگن نباشد - ، استفاده از صفحههای بزرگتر بهتر است و ترجیح داده میشود که قطر صفحه، از 10 برابر اندازه بزرگترین دانه خاک بزرگتر باشد. صفحه میتواند در سطح زمین، در عمق بر روی کف و یا روی دیوارها و سقف قرار گیرد.
در جهت بازنگری درانتخاب پارامترهای مربوط به مقاومت و شکل پذیری بستر، با توجه به اینکه در گزارش اولیه مطالعات ژئوتکنیک مقدار ضریب بستر خاک بر اساس روابط تقریبی ارائه شده بود، انجام آزمایش بارگذاری صفحه در تراز کف فونداسیون و در عمق حدود یک و نیم متری در محل تغییر لایه خاک آزمایش انجام گرفت. در آزمایش انجام شده پلههای بارگذاری 2/5، 5، 7/5، 10، 12/5، 15، 17/5و 20 تن میباشد و در هرمرحله تا 60 دقیقه بار دوام دارد .
