هدف مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان تعیین حداقل ضوابط و مقررات براي طراحی بخش ژئوتکنیک ساختمان ها است، به طوري که ایمنی کافی در ساختمان ها تأمین شود و شرایط بهره برداري مطلوب در طول عمر آنها حفظ گردد.
ابنیه فنی مانند پل ها و سد ها و سازه نیروگاه ها مشمول مقررات این مبحث نمی شوند ولی رعایت آنها به صورت غیر الزامی توصیه می شود.
تعاریف
پی: به مجموعه بخش هایی از سازه که با زمین و خاک در تماس است اطلاق می شود که انتقال بار بین سازه و زمین مناسب از طریق آن صورت می گیرد. پی ها عمدتاً به سه گروه تقسیم می شوند:
- پی هاي سطحی: به پی هایی گفته می شود که در عمق کم و نزدیک سطح زمین ساخته می شوند. این پی ها شامل: پی هاي منفرد، نواري، شبکه اي و گسترده می باشند.
- پی هاي عمیق یا شمع ها: این پی ها شامل انواع شمع ها، دیوارك ها و دیوارهاي جداکننده می شوند. پی هاي عمیق در ساختمان ها معمولاً به وسیله یک سازه میانی، که کلاهک یا سر شمع نامیده می شود، بارهاي سازه را به زمین منتقل می نمایند.
- پی هاي نیمه عمیق: به پی هایی گفته می شود که در حد فاصل بین پی هاي سطحی و پی هاي عمیق قرار دارند. پی هاي صندوقه اي معمولاً در این گروه قرار دارند.
سازه هاي نگهبان: به سازه هایی اطلاق می شود که براي نگهداري خاك به کار برده می شوند. این سازه ها شامل انواع دیوارها و سیستم هاي نگهبان هستند که در آنها عناصر سازه اي ممکن است با خاك یا سنگ ترکیب شده و یا از تسلیح خاك (نیلینگ و انکراژ) استفاده شود.
شناسایی ژئوتکنیکی (مطالعات ژئوتکنیک): به مجموعه اقدامات و مطالعاتی گفته میشود که منجر به شناخت مشخصات مهندسی (مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی) لایه هاي زمین می شود.
طراحی ژئوتکنیکی: کلیه خدمات مهندسی است که به منظور تعیین هندسه، کنترل پایداري، ایستایی و تغییر شکلهاي پی و بخش خاك زیر آن انجام میگیرد.
ساختمان هاي با اهمیت کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد: این تعاریف عیناً طبق تعاریف به کار برده شده در استاندارد 2800 می باشد.
روشهاي طراحی
استفاده از روش هاي طراحی تنش مجاز، حالات حدي و عملکردي در این مقررات مجاز می باشد و طراح می تواند هر یک از این روش ها ر انتخاب کند.
- روش تنش مجاز: در این روش بارهایی که در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان آورده شده است با ضریب یک در محاسبات نیرو لحاظ می شوند و بار وارده بر خاك محاسبه می گردد. سپس با اعمال ضریب اطمینان مناسب تنش مجاز خاك محاسبه و طراحی انجام می شود. براي محاسبه نشست، بارهاي وارده با ضریب یک در نظر گرفته میشود و نشست محاسبه شده (بدون اعمال ضریب اطمینان) باید از نشست مجاز کمتر باشد.
- روش حالت حدي: در این روش دو ضریب ایمنی براي بار و مقاومت (LRFD) به طور جداگانه در محاسبات حالات حدي نهایی و بهره برداري استفاده می شود.
- حالت حدي نهایی: اولین مجموعه ضرایب ایمنی در این روش اعمال ضرایب افزایش بار است و مقدار آن بستگی به میزان عدم اطمینان در برآورد مقدار بار دارد. ضرایب فوق با استفاده از مباحث مقررات ملی ساختمان (ششم، نهم، دهم) بر حسب مورد تعیین می شوند. دومین مجموعه ضرایب کاهشی براي تقلیل مقاومت مصالح است و مقدار آن بستگی به عدم اطمینان موجود در کیفیت مصالح، نحوه اجرا و دقت دارد.
- حالت حدي بهره برداري: طراحی در حالت حدي بهره برداري اغلب جهت کنترل نشست و تغییر شکل ها به کار می رود و در آن هر دو ضرایب کاهش مقاومت و افزایش بار متناسباً براي بهره برداري در نظر گرفته می شود.
- روشهاي عملکردي: در طراحی به این روش باید به وسیله تحلیل و یا ترکیبی از تحلیل و آزمایش نشان داده شود که ضریب اطمینانی حداقل برابر با آنچه براي اعضاي مشابه طراحی شده با روش حالت حدي نهایی در برابر تاثیر بارهاي مرده، زنده، محیطی و سایر بارها مورد انتظار است، تأمین شده است. ملاحظات مربوط به عدم قطعیت هاي مربوط به بارگذاري و مقاومت بایستی در نظر گرفته شود.
بررسی هاي ژئوتکنیکی
بررسی هاي ژئوتکنیکی شامل یک تا سه مرحله زیر است که ممکن است بین این مراحل همپوشانی هایی
وجود داشته باشد.
- بررسی هاي مقدماتی
- بررسی هاي طراحی
- بررسی هاي کنترلی
بررسی هاي مقدماتی با اهداف زیر انجام می شود:
- شناسایی و ارزیابی کلی ساختگاه/ ساختگاه ها
- مقایسه ساختگاه هاي مختلف براي انتخاب مناسب ترین گزینه، در صورت نیاز
- تخمین تغییراتی که ممکن است در اثر کارهاي پیشنهاد شده پیش آید و پیامد هاي آنها
- پیش بینی پیامدهاي ناشی از اجرا در محیط پروژه و اطراف آن
بررسی هاي طراحی با اهداف زیر انجام می شود
- فراهم نمودن اطلاعات لازم ساختگاه به منظور طراحی ایمن و تامین عملکرد مورد انتظار سازه هاي دائمی و موقت با حفظ صرفه اقتصادي در طراحی .
- فراهم نمودن اطلاعات لازم براي برنامه ریزي اجراي کارهاي موقت (مثل پایدار سازي گود) و دائمی در ساختگاه
- پیش بینی و شناسایی مشکلات ژئوتکنیکی احتمالی که ممکن است در خلال اجرا و پس از آن بروز نماید .
بررسی هاي کنترلی با اهداف زیر انجام می شود
- براي اطمینان از تامین ایمنی کافی در حین گودبرداري و اجراي سازه هاي نگهبان موقت ودائم، ساخت پی و سازه
- براي اطمینان از عملکرد مناسب سازه در دوران ساخت و بهره داري، در اموري که به خاك و زمین ارتباط پیدا می کند
تطبیق فرضیات طراحی با مشاهدات واقعی و اندازه گیریهاي ژئوتکنیکی در ساختگاه.
در بررسی هاي مقدماتی موارد زیر باید انجام و اطلاعات و مستندات مربوطه جمع آوري و ارائه گردد :
- شناسایی میدانی ساختگاه
- تاریخچه ساختگاه
- توپوگرافی منطقه
- وجود مناطق ناپایدار
- هیدرولوژي و هیدروژئولوژي
- بررسی محلی در خصوص سطح آب زیرزمینی
- بررسی ساختمان ها و حفاري هاي همجوار
- نقشه ها و مدارك زمین شناسی و زمین شناسی مهندسی موجود
- بررسی هاي پیشین انجام شده در محدوده مورد نظر
- عکس هاي هوایی
- نقشه هاي قدیمی
- بررسی هاي لازم در خصوص مستحدثات تحت الارضی ساختگاه (مانند قنوات ویا سایر حفرات زیرزمینی ، شریان هاي حیاتی و غیره)
- لرزه خیزي منطقه
گزارش خدمات مهندسی ژئوتکنیکی باید حداقل شامل موارد زیر باشد:
- انتخاب پارامترهاي طراحی براي پی
- توصیه هایی براي نوع پی و معیار طراحی
- تخمین نشست کل و نشست غیر یکنواخت
- ظرفیت باربري خاك براي پی هاي سطحی و عمیق متناسب با نوع پروژه
- ارائه تمهیداتی که باعث کاهش اثرات خاك هاي متورم شونده ، روانگرایی ، نشست غیر یکنواخت و ناهمگنی خاك شود . تمهیدات ارائه شده در این بخش باید بصورت معرفی روش هاي بهسازي مرتبط، امکان سنجی روش‌ها و مقایسه فنی و اقتصادي این روش ها انجام پذیرند جزئیات طرح نهایی پی باید توسط مشاور واجد صلاحیت بصورت مجزا ارائه شود . همچنین ارزیابی احتمال وقوع روانگرایی باید مطابق با فصل پنجم استاندارد 2800 و یا سایر آیین نامه هاي بین المللی معتبر باشد . ارائه ریز محاسبات، جهت برآورد پتانسیل روانگرایی، الزامی می باشد .
- اطلاعات مورد نیاز براي طراحی شمع ها در صورت لزوم
- خواص تراکم مصالح و نحوه آزمایش آنها
- تعیین نوع زمین بر اساس فصل دوم استاندارد 2800
- شیب گود هاي کم عمق براي پی کنی
- ارائه نیمرخ خصوصیات فیزیکی و مکانیکی زمین و پیشنهاد مقادیر متغیر هاي زمین جهت استفاده طراح پی
- ضرایب فشار خاك پشت سازه هاي نگهبان
- نوع سیمان مصرفی براي بتن مجاور خاك با توجه به شرایط محیطی و عناصر شیمیایی موجود در آب و خاك لایه هاي ساختگاه
- شرایط تراوایی لایه هاي مختلف و مقادیر کمی مربوطه
- احتمال یخبندان و توصیه عمق متناظر
ملاحظات بارگذاري
- در طراحی ژئوتکنیکی باید ، علاوه بر بارهاي وارد از سازه به پی ، به بارها واثرات ناشی از
- عوامل زیر توجه داشت :
- · وزن خاك ، سنگ و آب
- · تنش هاي برجاي زمین
- · فشارهاي هیدروستاتیک آب هاي آزاد ، فشار آب هاي زیرزمینی ، نیروي جریان آب
- · باربرداري یا گودبرداري زمین
- · بارهاي حاصل از حرکات زمین ، خزش و گسیختگی توده هاي خاکی
- · بارهاي ناشی از ترافیک
- · حرکات ناشی از معدنکاري و حفر قنوات و احداث تونل
- · اثرات ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی
- اثرات ناشی از فرو ریزش (رمبندگی) ، جمع شدگی و تورم خاك
- حرکات و بارهاي ناشی از اثر زلزله ، ارتعاشات و انفجارها
برخی از نیرو ها به تبع تغییر مکان هاي به وجود آمده در خاك بسیج می شوند . مانند نیروهاي ناشی از فشار خاك بر دیوارها و اصطکاك منفی جدار شمع ها . در این نوع موارد باید به این امر توجه داشت و اگر جابجایی و تغییر مکان خاصی اجازه داده می شود ، میزان نیروي بسیج شده مربوط به آن در محاسبات لحاظ گردد .
در موارد خاص از جمله حساسیت سازه به نشست ، ممکن است تحلیل برهم کنش بین
سازه و خاك ضروري گردد . در طراحی و ساخت هر سازه باید اثرات مخرب آن بر محیط و سازه هاي
مجاور دیده وراه کار مناسب ارائه شود.
الزامات بررسی هاي کنترلی
الزامات بررسی هاي کنترلی مربوط به سازه ها شامل موارد زیر است:
1-کنترل هاي مضاعف مربوط به خاك و سنگ
- خواص ژئوتکنیکی خاك ها یا سنگ هایی که سازه در داخل یا روي آن بنا می شود باید کنترل گردد. احتمال داردبررسی هاي اضافی ساختگاه نیز ضروري باشد . نمونه هایی از این سنگ ها و خاك ها را می توان بازیابی و آزمایش کردو خواص شاخص ، مقاومتی و تغییر شکلی آنها را تعیین نمود.
- · ممکن است بررسی هاي بیشتري براي تعیین جزئیات خواص زمین یا شرایط خاك برداري و خاکریزي که از نظر طراحی داراي اهمیت است ، ضروري گردد .
- شواهد غیر مستقیم در مورد خواص ژئوتکنیکی زمین ، مانند اطلاعات شمع کوبی ، باید ثبت و از آنها براي تفسیر شرایط زمین استفاده شود
- · .چنانچه در حین اجرا با خاکهاي مسئله دار، خاکهاي ریزشی، حفره هاي زیر زمینی ، گسلش و پهنه هاي خرد شده که قبلا دیده نشده مواجه شوند باید مورد توجه قرار گیرد.
- به منظور پایش گود برداري ها در موارد حساس ممکن است استفاده از ابزارگذاري به منظور رفتارسنجی ضروري گردد . در این مورد برداشت اطلاعات به فواصل زمانی تعیین شده و توام با شرایط جدید محیطی و ژئوتکنیکی ( ناشی از تغییرات فصلی ، بارندگی هاي ممتد یا شدید ، وقوع زمین لرزه و غیره ) باید انجام پذیرد .
2-کنترل هاي مضاعف مربوط به آب زیرزمینی
در مواردي که شرایط آب زیرزمینی تاثیر مهمی بر روش ساخت یا عملکرد سازه داشته باشد ، کنترل ها باید با مشاهده مستقیم انجام شود . در این موارد باید به نکات زیر توجه داشت :
- مشاهده و ثبت سطح آب در گمانه ها و لوله هاي قائم و نوسان آن در خلال زمان
- ارزیابی هیدروژئولوژیکی ساختگاه شامل عوارضی نظیر سفره هاي آب آرتزین یا معلق یا تغییرات جزر و مدي در ساحلها
- مشخصه هاي جریان آب زیر زمینی و رژیم فشار حفره اي را می توان توسط “پیزومتر” به دست آورد، که ترجیحاَ باید قبل از شروع عملیات ساختمانی نصب شده باشند . در بعضی موارد ممکن است ضرورت داشته باشد ” پیزومترها ” را به فاصله زیادي از ساختگاه به عنوان بخشی از شبکه رفتارسنجی نیز نصب کرد.
- چنانچه تغییرات فشار آب حفره اي در حین اجرا بر عملکرد سازه تاثیرگذار باشد ، باید فشارهاي آب حفره اي تا زمان تکمیل ساختمان و یا کاهش آنها به مقادیر ایمن کنترل شود .
- در مورد سازه هاي واقع در زیر تراز آب هاي زیرزمینی که ممکن است شناور شوند ، فشار هاي آب حفره اي باید تا زمانی که وزن سازه به حدي برسد که احتمال شناور شدن را از بین ببرد ، کنترل گردند.
- در صورتی که آب زیر زمینی جریان داشته باشد تجزیه شیمیایی آب در گردش باید در هر زمانی که بخشی از کارهاي موقت یا دائمی به طور قابل توجهی در معرض خوردگی شیمیایی قرار می گیرند انجام شود .
- مطالعات زیست محیطی و آلودگی هاي آب و خاك مورد توجه قرار گیرد.
3-گزارش بررسی هاي کنترلی
در صورت انجام نظارت و کنترل در حین اجرا ، باید گزارشی از تجزیه و تحلیل مشاهدات میدانی فوق شامل موارد زیر ارائه گردد:
- پیچیدگی شرایط زمین و عدم انطباق آن با مفروضات اولیه در صورت وجود
- · خطر گسیختگی و ناپایداري در حین اجرا
- · تجزیه و تحلیل بر اساس مشاهدات جدید و مطالعات دیگر تکمیلی و ارائه پیشنهاد در صورت لزوم.
4-ملاحظات دوام
در طراحی ژئوتکنیکی ، شرایط محیطی داخلی و خارجی باید در مرحله طراحی ارزیابی شده
و اهمیت آن در رابطه با دوام سازه در عمر مفید آن مشخص گردد . بر اساس این ارزیابی ها باید توصیه
هاي لازم براي محافظت یا تامین مقاومت لازم در مصالح از نظر دوام ارائه شود
در طراحی براي دوام مصالح به کار برده شده در خاك باید به موارد زیر توجه داشت :
- در سازه هاي ژئوتکنیکی مانند خاك هاي مسلح و خاك هاي میخ کوبی شده و مهار بندي ها ؛ به اثر مواد خورنده بر روي مصالح آنها
- به احتمال وجود کاتیون ها و آنیون هاي شیمیایی در خاك و تاثیر آنها بر رفتار طولانی مدت سازه اي مجاور آنها
- به پدیده هاي انحلالی مواد شیمیایی و تغییر ساختار خاك در ایجاد حرکات القایی و تغییرات تنش ها در سازه هاي ژئوتکنیکی و اثر آنها در باربري خاك زیر پی
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
- روش انجماد خاک چیست؟(Ground Freezing)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- روش اجزای محدود چیست؟ (Finite Element Method) (FEM)
- اندرکنش خاک و سازه چیست؟ (Soil Structure Interaction) (SSI)
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- مدل کسب و کار (B2B) یا بی تو بی (Business-to-Business)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فلزی و سازه بتنی (Steel and concrete structures)
- طراحی سازه بر اساس عملکرد (Performance Based Seismic Design, PBSD)
- تغییرمکان جانبی نسبی طبقات چیست؟ (Drift)
- طیف پاسخ و طیف طرح چیست؟ (Spectrum Response)
مطالب مرتبط :
