بخشی از مقاله
خلاصه
بطور کلی افزایش ظرفیت باربری پی ها یکی از اساسی ترین دغدغه های مهندسین ژئوتکنیک در بارگذاری بر روی خاکهای سست بشمار می رود. به این منظور روشهای متعددی جهت افزایش ظرفیت باربری پی پیشنهاد شده است. یکی از تکنیک هایی که می توان استفاده کرده استفاده از لایه ساندویچی خاک درشت دانه محبوس در خاک های ریزدانه می باشد که ظرفیت باربری را افزایش داده و موجب کاهش نشست می شود.
هدف از این تحقیق بررسی اثر لایه ساندویچی خاک درشت دانه محبوس در خاک ماسه ای ریز از لحاظ رفتار زیر شالوده تحت بار فشاری می باشد، بدین منظور از نرم افزار اجزاء محدود Plaxis 3D برای مدل سازی استفاده شد. در ابتدا برای بررسی ظرفیت باربری در نسبت معین نشست به عرض 3درصدی، پی مربعی و خاک ماسه ای در دو نوع سست و متراکم در نرم افزار مدل شده و با انجام تحلیل و بررسی منحنی بار-نشست مدل مورد بررسی قرار گرفت و ظرفیت باربری برای خاک ماسه تنها محاسبه گردید.
سپس مدل سازی لایه ساندویچی شنی با ضخامت های 0.25 تا 1 برابر بعد پی و در نسبت های عمق به عرض بین 0.25 تا 1 انجام شد و مشاهده گردید با اضافه شدن لایه ساندویچ درشت دانه شنی ظرفیت باربری افزایش چشم گیر داشته و مقدار بهینه نسبت عمق به عرض قرارگیری لایه ساندویچی مشخص گردید. همچنین در بررسی دیگری اثر ضخامت لایه ساندویجی شنی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد با افزایش ضخامت ظرفیت باربری افزایش می یابد و ضخامت بهینه مورد بررسی قرار گرفت.
.1 مقدمه
به علت رشد سریع شهرنشینی، ساخت و سازهای عمرانی دارای رشد سریعی می باشند. برای سازه های عمرانی، تحلیل و طراحی پی نقش عمده و حیاتی دارد. محاسبات ظرفیت باربری پی ها یکی از جالبترین مشکلات برای مهندسین ژئوتکنیک و محققین است. در طول چند دهه، ظرفیت باربری پی ها به صورت گسترده و به صورت تئوری و آزمایشگاهی، توسط محققین مختلف موردبررسی قرار گرفت. علاوه بر این طراح باید مطمئن شود که سازه فوقانی به دلیل نشست بیش ازحد آسیب نبیند.
در مناطقی که با زمینهای سست مواجه هستیم، و یا نیاز به باربری بیشتری برای تأمین ظرفیت باربری داریم، گزینه هایی مانند اجرای شمع، تزریق و اصلاح خاک را میتوان مدنظر قرار داد. یکی دیگر از گزینه ها برای بهبود ظرفیت باربری ، استفاده از لایه ساندویچی خاک درشت دانه شنی در خاک های ماسه ای سست و متوسط می باشد که ظرفیت باربری را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و موجب کاهش نشست می شود. اسریدهاران و همکاران با انجام آزمایش های بیرون کشیدگی - PULL OUT - نشان دادند که با قراردادن یک لایه نازک مصالح اصطکاکی در اطراف المان های فلزی می توان مقاومت اصطکاکی میان المان و خاک را تا حد مقاومت بیرون کشیدگی در حالتی که تمام مصالح اطراف المان از نوع دانه ای باشد بهبود بخشید
ضخامت مورد نیاز برای مصالح اصطکاکی در درجه اول وابسته به زبری سطح مسلح کننده و مقاومت برشی دانه های مصالح ریزدانه می باشد و در درجه بعد وابسته به شکل و اندازه المان تسلیح می باشد. در ارتباط با بررسی این پدیده در ظرفیت باربری پی ها ، غیاثیان و جهان نیا تاثیر لایه دانه ای نازک را که در اطراف ژئوگرید قرار گرفته در خاک رسی اشباع بررسی نموده و گزارش نمودند که در ظرفیت باربری پی مدل بهبود حاصل می گردد
عبدی و ارجمند به منظور ارزیابی بهبود پارامترهای مقاومت برشی خاک رس مسلح در سیستم ساندویچ با آزمایش های آزمایشگاهی برش مستقیم مقیاس بزرگ نشان دادند فراهم آوردن یک لایه ماسه اطراف ژئوگرید در خاک رس مسلح باعث بالا رفتن اتصال در سطح تماس شده و در نتیجه مقاومت برشی سطح تماس افزایش می یابد.در سیستم ساندویچی با افزایش تدریجی ضخامت ماسه اطراف ژئوگرید ، مقاومت برشی سطح تماس به تدریج افزایش یافته تا به یک مقدار بهینه برسد. با افزایش بیشتر از ضخامت بهینه ماسه ، مقاومت برشی تغییر چندانی نمی کند.
همچنین ارجمند و همکاران با بررسی اندرکنش خاک و ژئوگرید چند لایه در برگرفته شده با ماسه بر رفتار شالوده ها نشان دادند عمق بهینه قرارگیری اولین لایه مسلح کننده تا سطح زیرین پی در خاک رس، معادل 0/33 بعد پی میباشد و دراعماق بیشتر روند افزایش ظرفیت باربری به شدت کاهش می یابد و در عمق 0/8 بعد پی تسلیح خاک زیر پی بی اثر است
قضاوی و همکاران با مسلح کردن خاک رس به کمک تکنیک ساندویچی که از یک لایه ماسه به همراه ژئوگرید که در مرکز آن قرار دارد به بررسی افزایش ظرفیت باربری نسبت به حالتی که رس با ماسه بدون ژئوگرید مسلح شده است پرداختند و مشخص گردید ضخامت بهینه برای استفاده از این تکنیک نصف عرض پی می باشد و با افزایش فاصله قرارگیری لایه مسلح کننده از پی و با توجه به اینکه این افزایش فاصله موجب می شود لایه مسلح کننده نتواند به طور کامل گوه گسیختگی را در بر بگیرد این موضوع سبب کاهش IF و ظرفیت باربری می شود.
در کلیه مطالعاتی که بر روی روش ساندویچی تا به حال صورت گرفته است، ظرفیت باربری پی های سطحی مورد توجه قرار نگرفته و مطالعات بیشتر بر روی مقاومت برشی و ظرفیت بیرون کشیدگی انجام شده است. هدف از انجام این تحقیق مقایسه اثر لایه ساندویچی خاک درشت دانه محبوس در خاک ماسه ای ریز از نظر رفتار بار-نشست پی تحت بارفشاری می باشد. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار اجزا محدود PLAXIS 3D FOUNDATION به بررسی ظرفیت باربری پی بر روی خاک ماسه متوسط و سست مقدار افزایش ظرفیت باربری و محل قرار گیری لایه ساندویچ شنی و ضخامت بهینه لایه شنی می پردازیم.
.2 مدل سازی عددی
همانطور که در مقدمه ذکر شد هدف از انجام این تحقیق مقایسه اثر لایه ساندویچی خاک درشت دانه محبوس در خاک ماسه ای ریز از نظر رفتار بار-نشست پی تحت بارفشاری می باشد. بدین منظور برای افزایش ظرفیت باربری با قرار دادن یک لایه ساندویچ شنی محصور در خاک ماسه ای به بررسی عمق قرارگیری لایه و ضخامت لایه می پردازیم.
بدین منظور بهبود حاصل شده در اثر استفاده از استفاده از لایه ساندویچ شنی محصور در خاک ماسه ای را نسبت به حالتی که ماسه بدون لایه ساندویچ شنی باشد توسط پارامتر بدون بعد IF - improvement factor - موردبررسی خواهیم داد که پارامتر فوق به صورت زیر تعریف می شود:
qut ظرفیت باربری ماسه همراه با لایه ساندویچ شنی qus ظرفیت باربری ماسه همراه بدون لایه ساندویچ شنی این پارامتر بهبود حاصل شده در اثر استفاده از استفاده از لایه ساندویچ شنی محصور در خاک ماسه ای را نسبت به حالتی که ماسه بدون لایه ساندویچ شنی باشد را نشان میدهد. مدل سازی عددی با روش اجزا محدود و با استفاده از نرم افزار PLAXIS 3D FOUNDATION انجام شده است. ابعاد محیط مدل سازی شده خاک تا لبه ی پی 3.5 برابر عرض پی و ارتفاع محیط مدل سازی شده خاک بستر 3.5 برابر بعد پی در نظر گرفته شده است. این ابعاد طوری در نظر گرفته شده است که اثری روی تنش نهایی نداشته باشد زیرا چه در آزمایشات وچه در تحلیل های نظری ظرفیت باربری، فاصله نهایی بخش گسیختگی خاک تا کناره پی حدود 3.5 تا 4 برابر عرض پی بیشتر نیست.[6] در این تحقیق از مدل رفتاری موهر کلمب استفاده شده است و از المان های 15 گره ای استفاده شده است.
شکل-1 هندسه و شرایط مرزی مدل
در این پژوهش یک پی بتنی مربعی به عرض یک متر مدل شده است که با المان plate مدل شده است و مشخصات آن طبق جدول 1 می باشد، همچنین خاک بستر را از دو نوع ماسه سست و متراکم مدل سازی شده است و لایه شنی با استفاده از شن درشت دانه متراکم مدل شده است که مشخصات آن مطابق جدول 2 می باشد. همچنین مش بندی مدل با تحلیل حساسیت انجام گرفته از نوع متوسط انجام می گیرد. لازم به ذکر است نرم افزار تحلیل عددی را به صورت کنترل بار انجام می دهد.
