بخشی از مقاله
روش جدید تقویت پی هاي سطحی و ابنیه تاریخی توسط ریز شمع هاي پیش کشیده
چکیده
تقویت بناها و همچنین کنترل نشست چالشی بسیار مهم است که مهندسین ساختمان با آن در گیرند. بخصوص در مورد بناهاي تاریخی این مساله بیشتر حائز اهمیت می باشد. به طور معمول در مورد بناهاي تاریخی هر گونه دستکاري درسازه و فونداسیون آنها به لحاظ اهمیت بنا یا غیر ممکن بوده و یا با وسواس هاي بسیار همراه می باشد. از این رو تقویت فونداسیون و خاك آن از اطراف فونداسیون، به نحوي که هیچ تغییر و دستکاري در اصل فونداسیون انجام نگیرد خود مساله حائز اهمیت است. در این مقاله روش جدیدي براي مقاوم سازي پی هاي سطحی بوسیله ریز شمع ها بدون اتصال مستقیم پیشنهاد می گردد و در این روش یک سري دال بتنی در اطراف پی مورد نظر احداث شده و این ریز شمع ها دالهاي بتنی خاك اطراف پی را تحت فشار می گذارد. عملکرد این روش بوسیله شبیه سازي سه بعدي مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این شبیه سازي ابتدا ریز شمع هاي قائم را مورد بررسی قرار می دهد و سپس پارامترهایی همچون طول ریز شمعها، قطر آنها آرایش و نحوه قرار گیري آنها در اطراف فونداسیون و میزان پیش کشیدگی در ریز شمع و دال بتنی مورد بررسی گردیده است.
کلمات کلیدي: مقاوم سازي- دال بتنی-مدلسازي عددي-تقویت بناهاي تاریخی- کنترل نشست
1. مقدمه
مقاوم سازي پی هاي سطحی یکی از مهمترین بخشهاي مقاوم سازي سازه ها می باشد. که روشهاي مختلفی براي ان تا کنون ابداع گردیده است که روشهاي پی بندي و استفاده از شمع ها و ریز شمع ها از آن جمله اند. در بسیاري از این روشها یا مستقیما یا بصورت غیر مستقیم خود پی یا خاك زیر آن تعویض شده و پی با المانهاي سخت تري مانند شمع و ریز شع دوخته می گردد.
استفاده از این روشها همواره در مورد ساختمانهاي ناپایدار و شکننده بدون خطر نیست و بخصوص در سازه هاي قدیمی که جنبه میراث پیدا کرده اند می توانند بحث انگیز باشد. بهترین روشهاي تقویت براي این دسته از سازه ها روشهایی است که مستقیما به پی و خاك زیر آن دست زده نشود. بطور کلی در مواجهه با خاکهاي مسئله دار نظیر خاکهاي سست با قابلیت باربري کم، نشستپذیري زیاد، روان گرا، خاکهاي دستی و ... دو راه پیش روي مهندسین ژئوتکنیک قرار دارد:
الف: استفاده از المانهاي باربر در خاك ب: بهسازي و اصلاح خواص فیزیکی- مکانیکی توده خاك
هر یک از راه حلهاي فوق داراي روشها و مشخصات مربوط به خود میباشند که طی سالیان متمادي توسعه فراوانی یافتهاند. برخی از تکنیکهاي ابداعی نیز ماهیتی ترکیبی از دو دسته فوق داشته و مزایاي هر دو دسته را تا حدودي به همراه دارند. از آن دسته میتوان به استفاده از ریز شمع ها بهمراه تزریق دوغاب سیمان اشاره نمود.
میکروپایل یا ریز شمع به شمعهاي با قطر کوچک (کمتر از ( mm300 اطلاق میگردد کهغالباً با تسلیح فولادي سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه میباشند. میکروپایل علاوه برآنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل میکند، بدلیل تزریق دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی (مقاومتی و رفتاري) خاك اطراف نیز میگردد.
یکی از پارامترهاي بسیار مهم در ظرفیت باربري پی ها وجود سربار می باشد. مخصوصا وجود سربار در مواردي که خاك داراي مقاومت اصطکاکی است بسیار در افزایش ظرفیت باربري موثر است. در این مقاله با استفاده از ریز شمع ها سعی بر آن است این فشار سربار را با استفاده از دالهاي بتنی( پیش کشیده توسط ریز شمع ها)، در اطراف پی هاي ساخته شده افزایش داده بدین وسیله با افزایش ظرفیت باربري بصورت غیر مستقیم پی سطحی مورد نظر مقاوم سازي می گردد.
براي تحقیق بر اثر بخشی این روش مقاوم سازي از شبیه سازي عددي بهره جسته شده است.
.2 مدلسازي
.2-1 روش تفاضل محدود
این روش قدیمی ترین تکنیک عددي براي حل معادلات دیفرانسیل است که مقادیر اولیه و شرایط مرزي آنها مشخص است. براي حل معادلات در این روش به ازاي هر مشتقی که در معادلات وجود دارد. عبارت جبري بر حسب متغییر هاي مساله مانند تنش، جابجایی و .. جایگزین می شود و در این روش هیچ ماتریسی تشکیل نمی شود لذا محدودیت هاي کمتري دارد و همچنین اجازه آنالیز جابجایی بزرگ را می دهد. نرم افزاري که بر اساس روش تفاضل محدود کار می کند Flac 3D می باشد.[3] سازه هاي تونل ها میل مهارها شمع هاي صفحه اي و
... که با خاك یا سنگ درونگیر خود اندرکنش انجام می دهند را می توان با Flac3D مدلسازي کرد. فرض بر این است که محیط پیوسته همسانگرد و نیمه بینهایت است و براي توده خاك از پارامترهايE,C,ρ,φ ,ψ استفاده می کنیم. جدول 1 خصوصیات خاك و بتن داده شده به مدل را نشان می دهد.
2-2 نحوه مدلسازي عددي
پی اي به طول 3 متر و عرض 3 متر در یک محیط خاکی در نظر گرفته می شود.در ابتدا مدل با ابعاد 13*13*20 ساخته شده است (شکل .(1 خصوصیات خاك به مدل جدول 1 نشان داده شده است. سپس بر روي پی شروع به بارگذاري کرده و طی گامهاي محاسباتی این بار را افزایش داده تا اینکه خاك به ظرفیت نهایی باربري خود برسد. نشست ها نیز در گامهاي محاسباتی ثبت شده و تاریخچه بار بر حسب جابجایی ترسیم می گردد.
سپس در فاصله 50 سانتی متري در هر طرف این پی ( محور شمع از بر پی ) ، ریزشمع هایی به قطر 0.1 متر و ارتفاع 5 متر اجرا می گردد. سپس ظرفیت باربري پی مجددا محاسبه می شود. این کار براي ریزشمع هایی با قطر 0.2 و 0.3 متر نیز تکرار می شود. در حقیقت نمودار ظرفیت باربري اعمال شده نسبت به جابجایی شامل دو مرحله است، مرحله اول مربوط به حالت خاك تنها و مرحله دوم مربوط به حالتی که شمع هاي بتنی در اطراف پی قرار گرفته است و ظرفیت باربري را محاسبه می شود. ریز شمع ها و جزئیات محل قرار گیري آن اطراف فونداسیون در شکل 2 نشان داده شده است.
.3 بررسی عملکرد
.1-3 عملکرد میکروپایل به تنهایی
در این حالت یک سري میکروپایل پس از شکست خاك در اطراف فونداسیون موجود احداث شده و سپس بر روي پی بارگذاري می شود و تا رسیدن خاك به حالت گسیختگی این کار ادامه پیدا می کند نتایج در جدول 1 نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد با این روش تقویت حدودا 7 درصد باعث افزایش ظرفیت باربري می شود. جدول شماره 1 ظرفیت باربري را براي خاك در حالت ساده و جدول شماره 2 ظرفیت باربري خاك را براي حالتی که 4 شمع در اطراف پی قرار گرفته شده است را نشان می دهد. همچنین در جدول شماره 3 میزان کارایی این این روش تقویت خاك برحسب درصد نشان داده شده است. در شکل 3 و 4 عملکرد این روش بصورت شماتیک آورده شده است.
