ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - ظرفیت باربری پی (Bearing Capacity of Foundation)

خاک باید بدون آنکه دچار گسیختگی برشی شود، توانایی تحمل بارهای ناشی از سازه مهندسی روی خود را داشته و در ضمن نشست های حاصله در حد تحمل سازه باشد. گسیختگی برشی خاک این قدرت را دارد که تغییر شکل شدید سازه و حتی فروریزی آن سازه را ایجاد کند. نشست های بیش از حد در خاک و پی ممکن است به آسیب دیدگی سازه ای اسکلت ساختمان، گیرکردن درها و پنجره ها، ترک خوردگی کاشی کاری و اندود گچ و فرسایش شدید یا خرابی تجهیزات، منجر شود. از این رو تعیین ظرفیت باربری پی جهت جلوگیری از نشست های مخرب حائز اهمیت می باشد.

در دوران اخیر کم پیش آمده که سازه ای در اثر گسیختگی برشی بستر دچار فروریزی یا کج شدگی شود. اکثر گسیختگی های گزارش شده بستر در زیر پشته های خاکی یا سازه های مشابه روی داده است که ضریب ایمنی پایین آنها قابل قبول به نظر می رسد. بیشتر فجایع سازه ای به طراحی ضعیف پی از نظر نشست های بیش از حد مربوط می شود. حتی در این حالت نیز به ندرت فروریزی سازه ای اتفاق افتاده است. بخشی از دلایل این امر به وابستگی نشست به زمان باز می گردد، چرا که با ظاهر شدن ترک ها یا شواهد اولیه، فرصت کافی برای اقدامات ترمیمی وجود خواهد داشت.

باید در هر سازه ابتدا به ضروری ترین بررسی که مقاومت برشی بستر و نشست در آن سازه محسوب می شود پرداخته شود. در بسیاری از موارد معیار نشست است که ظرفیت باربری مجاز را تعیین می کند. اما مواردی نیز وجود دارد که برش بستر (که در این حالت پی در زمین سوراخ ایجاد می کند، معمولاً به همراه چرخش همزمان) ظرفیت باربری مجاز را بیان می کند. سازه هایی همچون مخازن ذخیره سیال ها و پی های گسترده اغلب بر روی خاک های نرمی بنا می شوند که معمولاً بیشتر در معرض گسیختگی برشی بستر قرار دارند تا نشست در آن. برای این نوع پی ها کنترل برش بستر جهت اجتناب از ترکیب سوراخ کنندگی پی همراه با چرخش در خاک، اغلب از نشست مهم تر است. این نوع پی ها اغلب بارگذاری یکنواختی دارند، به طوری که در عرض پی تقریباً نشست های یکنواختی صورت می گیرد. نشست های یکنواخت (حتی اگر نسبتاً بزرگ باشند) معمولاً برای پی های گسترده صلب (زیر ساختمان ها) یا پی های گسترده انعطاف پذیر در زیر مخـازن ذخیره سیال قابل تحمل می باشند.

باید توجه داشت که اگرچه تمرکز اولیه ما بر روی تخمین ظرفیت باربری نهایی برای سازه های قاب دار و پی تجهیزات است، اما همین اصول را می توان برای تعیین ظرفیت باربری مربوط به سازه های دیــگری همچون پایه برج ها، سدها و خاکریزها نیز به کار برد. در اینجا خواهیم گفت که تخمین ظرفیت باربری نهایی برای خاک های لایه ای، پی های نزدیک یا مستقر بر شیب ها و پی های در معرض بارهای کششی دشوارتر می باشد.

ظرفیت باربری مجاز یا همان qa جهت استفاده در طراحی و بر اساس حداقل مقدار دو مورد زیر بررسی می شود:

1. محدود کردن نشست تا حد قابل تحمل.

2. ظرفیت باربری نهایی، با در نظر گرفتن مقاومت برشی خاک.

ظرفیت باربری مجاز جهت جلوگیری از نشست پی
حداقل مقادیر ظرفیت باربری مجاز جهت استفاده در طراحی

ظرفیت باربری مجاز (بر اساس کنترل برش) qa، از تقسیم ظرفیت باربری نهایی  qult (بر اساس مقاومت خاک) بر ضریب اطمینان SF به دست می آید که به نظر می رسد برای اجتناب از گسیختگی برشی بستر کافی باشد:

فرمول ظرفیت باربری مجاز

ضریب اطمینان بر اساس نوع خاک که آن خاک چسبنده یا غیر چسبنده است، اعتبار مشخصات خاک، اطلاعات سازه ای (اهمیت، کاربری و غیره) و احتیاط مشاور تعیین می گردد.


معادلات ظرفيت باربری


شامل 4 قسمت زیر می باشد که به دو مورد اول اشاره می کنیم:


1. معادله ظرفیت باربری Terzaghi

2. معادله ظرفیت باربری Meyerhof

3. معادله ظرفیت باربری Hansen

4. معادله ظرفیت باربری Vesic

معادلات ظرفيت باربری
معادلات ظرفيت باربری

معادله ظرفيت باربری ترزاقی (Terzaghi)


یکی از اولین مجموعه معادلات ظرفیت باربری توسط Terzaghi (1943) پیشنهاد شد که در جدول 1 آورده شده است. معادلات  Terzaghi از نظریه ظرفیت باربری کمی اصلاح شده Prandtl (1920) به دست آمده که خود از نظریه پلاستیسیته برای تحلیل پدیده سوراخ کنندگی یک پی صلب در مصالح نرم تر (خاک) استفاده شده است. معادله ظرفیت باربری ترزاقی از تعادل نیروهای قائم روی گوه bac در شکل زیر به دست آمده است. معادلات ظرفیت باربری برای پی های سطحی یعنی B بزرگتر مساوی D است.

معادله ظرفيت باربری Terzaghi
معادله ظرفيت باربری Terzaghi

معادله ظرفيت باربری Meyerhof


Meyerhof معادله هایی شبیه به Terzaghi برای ظرفیت باربری پیشنهاد کرده با این تفاوت که در جمله عمق، ضریب شکل Sq نیز در نظرگرفته شده. همچنین ضرایب عمق di و ضرایب میل Ii را برای حالت هایی در نظر گرفته که بار شالوده نسبت به خط قائم تمایل دارد. این ضرایب اضافی معادلاتی با شکل کلی نشان داده شده در جدول زیر تولید کرده است.

معادلات ظرفيت باربری - کنترل نشست پی
معادلات ظرفیت باربری

روش‌های‌ تعیین ظرفیت باربری لرزه ‌ای پی ‌های سطحی


بارهای دینامیکی وارد بر پی این امکان را دارند که توسط زلزله، انفجار بمب ‌ها، ارتعاشات ناشی از ماشین آلات و اثر امواج دریا ایجاد شوند. زلزله و امواج دریا به طور عمده نیرو های افقی ای را در سازه ایجاد خواهد کرد در حالی که بارهای ایجاد شده توسط انفجار معمولاً عمودی خواهد بود. تجزیه و تحلیل شالوده‌ها یا همان پی ها را تحت تاثیر این قبیل بارها، می‌توان بر مبنای بار استاتیکی معادل انجام داد. ولی برای بررسی دقیق‌ تر‌، تحلیل دینامیکی ضروری خواهد بود. اگر یک سازه تحت ارتعاشات ناشی از زلزله قرار گیرد، بارهای اضافی وارد بر پی این سازه در هنگام زلزله عبارت است از یک لنگر و یک رانش افقی. همچنین زلزله سبب ایجاد نیروی اینرسی در توده خاک زیر پی و نیز تغییر در مشخصات خاک خواهد شد که این عوامل نیز بر ظرفیت باربری پی تاثیر گذار خواهد بود‌.


معیارهای لازم جهت طراحی پی


در طراحی پی دو عامل باید به طور همزمان مد نظر قرار گرفته شوند.

1. خاک زیر پی ها باید به راحتی این امکان را داشته باشد که بار وارده را تحمل نماید بدون اینکه هیچ گونه گسیختگی برشی یا شکست در آن ایجاد گردد. در این رابطه همواره با اعمال یک ضریب اطمینان مناسب، فاصله لازم تا گسیختگی پی حفظ می گردد.

2. میزان نشست ایجاد شده در پی از حد معینی تجاوز نکند.

3. اغلب پی ‌ها علی رغم جلوگیری از نشست ‌های غیر یکسان‌، مقداری نشست نامتقارن را شاهد خواهند بود که ممکن است از دو سوم تا سه چهارم نشست کل باشد.


اثر نیروی اینرسی بر ظرفیت باربری پی


در هنگام وقوع زلزله، نیروهای اینرسی جهت مقابله با شتاب وارده در سیستم پی ایجاد می شوند. این نیروها عبارت است از:

  • نیروهای اینرسی ناشی از سربار
  • نیرو های اینرسی ناشی از جرم توده خاک زیر پی.

اثر نیروهای اینرسی بر ظرفیت باربری پی توسط محققین مختلفی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.


روش‌های تعیین ظرفیت باربری


با توجه به آنچه گفته شد روش ‌های مختلفی جهت تعیین ظرفیت باربری دینامیکی وجود خواهد داشت. در حالت کلی به دو روش مختلف می‌توان ظرفیت باربری دینامیکی را تعیین نمود. این روش ‌ها شامل موارد زیر می باشد.

1. استفاده از چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی معادل.

2. تحلیل دینامیکی.

روش ‌های مختلف تعیین ظرفیت باربری دینامیکی
روش‌های تعیین ظرفیت باربری

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست ؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW یکی از [...]


بیشتر بخوانید

خاک های رمبنده (Collapsible Soil)

در طبیعت خاک هایی هستند كه تحت تنش یكسان، با [...]


بیشتر بخوانید

ظرفیت باربری پی (Bearing Capacity of Foundation)

خاک باید بدون آنکه دچار گسیختگی برشی شود، توانایی تحمل [...]


بیشتر بخوانید

نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)

پی (شالوده یا فونداسیون) یک سازه وزن زیادی دارد و [...]


بیشتر بخوانید