ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)

پی (شالوده یا فونداسیون) در سازه های فلزی و بتنی، وزن زیادی دارد و باعث اعمال تنش های زیادی بر خاک می شود. این تنش اعمالی سبب فشردگی خاک شده و در نتیجه آن خاک دچار نشست می شود. به مرور زمان نشست در سازه های مختلف اتفاق می افتد و این موضوع مسئله ای کاملاً طبیعی است. مقدار نشست اتفاق افتاده در پی به عوامل مختلفی مانند نوع خاک و پی بستگی دارد. تا زمانی که نشست پی مقدار کمی داشته باشد و به صورت یکنواخت اتفاق بیفتد مسئله ای عادی است و باعث نگرانی نخواهد بود اما در صورتی که میزان نشست از حد مجاز فراتر رود و یا به صورت غیر یکنواخت بروز کند، مشکل ساز خواهد بود.

آشنایی با دلایل نشست غیر یکنواخت برای از بین بردن آن و یا حداقل کاهش تأثیر آن در انواع سازه های بتنی و فولادی، تا آستانه مجاز ضروری است چرا که ممکن است پیامدهای نشست غیر یکنواخت قابل توجه بوده و پایداری کل سازه را به خطر بیندازد. برخی نشست ها صرفاً مشکلات زیبایی و ظاهری در سازه ایجاد می کنند، این در حالی است که ممکن است نشست شدیدتر و سریع تر تهدیدی بزرگ برای سازه و ارزش آن باشد؛ لذا بررسی های ژئوتکنیکی به منظور پیشگیری و انتخاب روش بهینه اصلاح پی سازه لازم است.


نشست غیر یکنواخت چیست؟


نشست غیر یکنواخت پی زمانی اتفاق می‌افتد که بخش‌های مختلف سازه میزان نشست یکسانی را تجربه نمی‌کنند. نشست غیر یکنواخت تحت عنوان نشست نسبی تفاضلی نیز شناخته می شود. نشست غیریکنواخت به دلایل مختلفی اتفاق می افتد و نشانه‌های این موضوع می تواند باز و بسته نشدن راحت درب ها و پنجره ‌ها، شیب‌دار شدن کف و ترک ‌های دیوار باشد. نشست غیر یکنواخت به شکل های مختلفی دیده می شود که لازم است آن ها را بشناسیم.


انواع نشست غیر یکنواخت


نشست غیر یکنواخت به شکل های مختلفی دیده می شود:


  1. دوران نسبی: برای مثال بین دو ستون یک ساختمان که دچار نشست غیر یکنواخت شده اند، دوران نسبی اتفاق می افتد.
  2. تغییر مکان نسبی (ایجادی گودی یا بالاآمدگی نسبی): این مورد در دیوارها و کل ساختمان اتفاق می افتد و باعث ایجاد ترک های کششی در بالا و پایین دیوار می شود.
  3. تغییر شیب در راستای قائم (کج شدگی).

چرا نشست غیر یکنواخت اتفاق می افتد؟


اما این که چرا نشست غیر یکنواخت اتفاق می افتد دلایل مختلفی دارد که بعضی از این دلایل عبارتند از:


  1. تراکم نامناسب خاک: زمین هایی که در آن ساخت انجام می شود غالباً از زمین هایی تشکیل شده است که برای سهولت ساخت و ساز به طور مصنوعی تسطیح و پر شده است. هنگامی که این زمین ها به درستی فشرده، متراکم و اصلاح شود، می‌تواند بستر کاملاً محکمی برای پی های سازه ایجاد کند، اما اگر تراکم صورت نگیرد، ممکن است خاک به طور غیر یکنواختی در زیر فونداسیون نشست کرده و فشرده شود. وجود خاک هایی با تراکم پذیری بالا و ظرفیت باربری کم باعث ایجاد نشست غیر یکنواخت می شود و در نتیجه می تواند منجر به آسیب های سازه ای شود.
  2. تغییر لایه های زمین در زیر پی: وجود خاک با تراکم و ویژگی های مختلف در راستای افقی باعث ایجاد نشست غیر یکنواخت می شود. برای مثال، وجود عدسی های رسی در میان ماسه و شن می تواند باعث نشست غیر یکنواخت شود. هم چنین، در صورتی که ضخامت یک لایه رس نشست پذیر در زیر ساختمان متغیر باشد، احتمال نشست غیر یکنواخت وجود دارد. تغییرات لایه بندی خاک باید در طراحی پی مورد توجه و بررسی قرار گیرد.
 تغییر لایه های زمین در زیر پی ساختمان
تغییر لایه های زمین در زیر پی ساختمان
  • خاک های متورم شونده: خاک های متورم شونده به راحتی آب را جذب کرده و هم چنین به آسانی آب از دست می دهند. اگر خاک متورم شونده در زیر پی به طور یکنواخت متورم و یا فشرده نشود، باعث می شود تا سازه ی پی به صورت یکنواخت و یا به صورت یک کل منسجم جا به جا نشود؛ این موضوع باعث ایجاد نشست و تنش های غیریکنواخت می شود.
  • تغییر در بار وارد بر پی: برای مثال، احتمال وجود نشست غیر یکنواخت بین دو بخش از ساختمانی که شامل بخش مرکزی با طبقات زیاد است اما بخش های کناری آن کم طبقه است وجود دارد.
  • تغییرات آب و هوایی و رطوبت: این حالت ممکن است زمانی اتفاق بیفتد که یک سازه در طول یک فصل خشک بر روی خاک رسی (متورم شونده) ساخته شود. با فرا رسیدن فصل مرطوب، خاک متورم می شود. سپس، با شروع دوباره فصل خشک، خاک خشک شده و دوباره کاهش حجم می دهد. خاک هایی که مقدار رس زیادی در آن ها وجود دارد، با گرفتن و از دست دادن رطوبت، بسیار منقبض و متورم می شوند که این انبساط و انقباض مکرر فشار زیادی به فونداسیون وارد کرده و نشست غیر یکنواختی ایجاد می کند.

خاکی که خیلی خشک یا خیلی مرطوب است می تواند باعث نشست پی شود. هنگامی که رطوبت ایجاد می شود، خاک اشباع شده و ظرفیت باربری خود را از دست می دهد. حجم خاک های خشک نیز کاهش می یابد. هر یک از این شرایط می تواند باعث نشست ناهموار پی شود. تغییرات رطوبت خاک می تواند به دلیل خشکسالی های طولانی مدت یا وجود درختان قدیمی و سایر گیاهانی باشد که رطوبت را از خاک می گیرند. در موارد نادر، نشتی در گرمایش از کف، تهویه و کانال های تهویه مطبوع می تواند بر رطوبت خاک زیر فونداسیون اثر بگذارد.

  • حفاری عمیق در مجاورت پی: اگر بیش از حد خاک اطراف هر پی برداشته شود، پی تکیه گاه خود را از دست می دهد. اگر یک طرف از یک سازه تکیه گاه خود را از دست دهد، می تواند منجر به نشست غیر یکنواخت شود؛ بنابراین، ساخت زیرزمین، حفاری استخر و… در کنار پی می‌تواند منجر به نشست غیر یکنواخت شود.
  • نزدیکی درختان با ریشه های بزرگ در مجاورت پی: درختان بزرگ، درختچه ها و سایر گیاهانی که در مجاورت پی ساختمان کاشته می شوند، می توانند به تدریج رطوبت را از خاک خارج کرده و باعث جمع شدگی آن شوند. هنگامی که چند دهه پس از ساخت و ساز، نشست پی (فونداسیون) شروع می شود، احتمالاً جمع شدگی خاک اتفاق افتاده است چرا که درختان بزرگ خاک را خشک می کنند.
  • آب شستگی، نشتی لوله ها، زهکشی فاضلاب و غیره.
  • فعالیت های لرزه ای و ارتعاش: ارتعاش خاک در اثر فعالیت لرزه ای یا حتی ناشی از ترافیک جاده های مجاور می تواند باعث نشست یا جابه جایی خاک به طور غیر یکنواخت شود و همین موضوع منجر به آسیب های سازه ای می شود.
عوامل نشست غیر یکنواخت پی ساختمان
عوامل نشست غیر یکنواخت
  • تفاوت در زمان ساخت

اختلاف در زمان ساخت بخش های مختلف یک ساختمان باعث نشست غیر یکنواخت می شود. این حالت در زمان توسعه ساختمان اتفاق می افتد. بخش قدیمی سازه نشست نمی کند اما بخش جدید در حال نشست کردن است. ایجاد یک درز قائم بین این دو بخش بسیار کمک کننده خواهد بود.

  • دو ساختمان مجاور هم

اگر دو سازه در مجاورت هم باشند، زمین بین آن ها بیشتر از دو طرف دیگر در معرض تنش است و ممکن است این دو سازه به سمت هم کج شوند.


نشانه های نشست غیر یکنواخت چیست؟


ممکن است علائم و نشانه های نشست غیر یکنواخت خیلی زود پس از ساخت یک ساختمان ظاهر شوند و یا ممکن است دهه ها زمان لازم باشد تا این موضوع خود را نشان دهد. شایع ترین نشانه نشست های غیر یکنواخت، بروز ترک هایی با زاویه 45 درجه است که معمولاً در اطراف بازشوها (درها، پنجره ها) دیده می شود. همچنین نشست غیر یکنواخت باعث ایجاد شکاف در دیوارها می شود. توجه به این نکته ضروری است که این ترک‌ها مانند ترک‌های مشبکی نیستند که برای پایداری سازه تهدیدی ایجاد نمی‌کنند و به دلیل گچ ضعیف یا فرسوده ایجاد می‌شوند. ترک‌های عمودی، افقی یا شیب‌دار برای لبه‌های سازه‌ها مشخص‌تر هستند و به نشست‌ های غیر یکنواخت اشاره می‌کنند. هم چنین، در و پنجره هایی که به راحتی باز و بسته نمی شوند نیز نشانه ای از نشست غیر یکنواخت هستند. نشانه های دیگر شامل کف غیر یکنواخت و ترک دار (ترک هایی که از دیواری تا دیواری امتداد یافته است و بلند باشند)، سقف و کف هایی که از دیوارها جدا شده اند (حتی مقدار کمی جداشدگی می تواند نشانه ی یک مشکل سازه ای باشد)، دیوار های ترک خورده و یا خمیده و چرخش دیوار (این موضوع زمانی اتفاق می افتد که خاک زیر پی دارای مقدار زیادی آب باشد. فشار دادن وزن ساختمان به فونداسیون باعث می شود که لبه بیرونی فونداسیون عمیق تر در خاک اشباع فرو رود. در همین حال، لبه داخلی فونداسیون – که در بالای خاک خشک‌ تر قرار دارد – به سمت بالا کشیده می‌شود و این باعث چرخش دیوار می شود) است.

نشانه های نشست غیریکنواخت پی ساختمان
نشانه های نشست غیریکنواخت

مقدار مجاز نشست غیر یکنواخت چه قدر است؟


برای محدود کردن میزان نشست در یک سازه، معیارهای مختلفی وجود دارد که شامل موارد زیر است:


  1. ظاهر
  2. بهره برداری
  3. پایداری
معیار های محدود کردن نشست پی

میزان نشست مجاز باید از نظر این سه معیار بررسی شود. مقادیر مختلفی از نشست در آیین نامه ها و مطالعات مختلف پیشنهاد شده است. بر اساس فرضیات حاصل از ساختمان واقعی نتایج جدول زیر به دست آمده است. مطالعات زیادی در این خصوص وجود دارد که مقادیر مختلفی را ارائه کرده است. اهمیت سازه نیز در میزان مجاز نشست تعیین کننده خواهد بود و نهایتاً باید با قضاوت مهندسی مقدار نشست مجاز را تعیین کرد.

میزان نشست مجاز
میزان نشست مجاز

راه های مقابله با نشست غیر یکنواخت


برای مقابله با نشست غیر یکنواخت راه های مختلفی وجود دارد که عبارتند از:


  • پي گسترده صلب می تواند مانع از نشست های غیر یکنواخت ناشی ازبارگذاری و تغییرشکل پی شود.
  • زيرزمين با عمق های متفاوت. چون لایه های عمیق تنش های بزرگ ناشی از لایه های بالایی را تحمل می کنند در نتیجه نشست کمتری دارند. در صورتی که بار قسمت های مختلف ساختمان متفاوت باشد، می توان از زیرزمین با اعماق مختلف استفاده کرد.
  • انتقال بار به لايه های محكم. انتقال بار به لایه های عمیق تر و با تراکم پذیری کمتر باعث کاهش نشست غیر یکنواخت می شود. انتقال بار به لایه های محکم با استفاده از شمع ها و ریزشمع ها انجام می شود.
انتقال بار به لايه های محكم
انتقال بار به لايه های محكم
  • استفاده از بار اضافی. ایجاد بار اضافی در محل سبک تر در ساختمان باعث یکنواخت شدن بار می شود و در نتیجه نشست غیر یکنواخت را کاهش می دهد.
  • جک زدن. با ایجاد محل هایی برای جک زدن در زیر پی ها و یا ستون ها می توان در صورت بروز تنش غیر یکنواخت، آن را برطرف ساخت.
جک زدن زیر پی
جک زدن زیر پی
  • تغيير نوع پی. گاهی ممکن است دو نوع پی برای بخش های مختلف ساختمان استفاده شود. برای مثال در بخشی که خاک نرم تر است از شمع استفاده شود. در صورت استفاده از دو نوع پی باید حتماً مقدار مجاز نشست کنترل شود.
استفاده از شمع در بخش خاک نرم
استفاده از شمع در بخش خاک نرم

تغییر پی با توجه به شرایط ساختگاه نیز راهکار بسیار مهمی است. برای مثال، پی های پله ای در زمین های شیبدار مناسب تر هستند.

تغییر پی با توجه به شرایط ساختگاه
تغییر پی با توجه به شرایط ساختگاه
  • كاهش حساسيت سازه. اگر احتمال نشست غیر یکنواخت بالا باشد، بهتر است سازه طوری طراحی شود که حساسیت آن نسبت به نشست کم شود. کاهش حساسیت سازه با تغییر نوع اتصالات ممکن می شود.
کاهش حساسیت سازه با تغییر نوع اتصالات
کاهش حساسیت سازه با تغییر نوع اتصالات
  • جداسازی بخش های مختلف سازه با درز انقطاع. داشتن درز انقطاع باعث کاهش نشست غیر یکنواخت می شود.
  • دال دسترسی. اجرای دال دسترسی در سازه هایی مانند پل ها سبب کاهش نشست می شود. کار این دال توزیع اختلاف نشست خاک و سازه در طول دال است.
اجرای دال دسترسی در سازه
اجرای دال دسترسی در سازه
  •  لايه ی شنی متراكم يا سنگ لاشه. در لاشه چینی سنگ را با پتک قواره می کنند و بدون ملات روی هم قرار می دهند. این لایه شنی باعث کاهش میزان نشست می شود.
  • اصلاح فونداسیون با تزریق دوغاب (جت گروتینگ).
  • اصلاح فونداسیون با استفاده از ژئوپلیمرهای منبسط شونده به عنوان یک روش جدید و نوآورانه.
ژئوپلیمرهای منبسط شونده
ژئوپلیمرهای منبسط شونده

جمع بندی


نشست به دو نوع یکنواخت و غیریکنواخت تقسیم می شود. در این میان، تاثیر نشست غیر یکنواخت بر سازه مخرب تر از نشست یکنواخت است. در واقع، اگر تمام بخش های یک ساختمان به صورت کاملاً یکنواخت و با هم نشست کنند مشکلی از نظر پایداری ایجاد نخواهد شد و تنها تأثیر نشست یکنواخت بر موضوع بهره برداری ساختمان است و ممکن است به تأسیسات سازه آسیب برساند؛ اما در مورد نشست غیر یکنواخت تنش های بزرگی در سازه و پی ایجاد می شود که می تواند باعث خرابی بسیاری شود. مقدار مجاز نشست غیریکنواخت بسته به حساسیت سازه، نوع خاک و نوع سازه متفاوت است و در این موضوع قضاوت مهندسی می تواند نقش مهمی داشته باشد. نشست غیر یکنواخت به دلایل مختلفی اتفاق می افتد و راه های مختلفی برای مقابله با آن نیز وجود دارد. توجه به نشست غیر یکنواخت در طراحی و هم چنین نشانه های آن بسیار مهم است چرا که علاوه بر ظاهر و بهره برداری، پایداری سازه را نیز به خطر می اندازد.


در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

انتقال حرارت در خاک های غیر اشباع (Heat Transfer in Unsaturated Soil)

انتقال و جریان حرارت در خاک ها با سه ساز و [...]


بیشتر بخوانید

پی های حلقه ای، صندوقه ای و پوسته ای (ring, shell & caisson foundation)

با توجه به اهمیت زیاد شالوده در پایداری سازه ها، [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش سه محوری سیکلی (Cyclic triaxial test)

آزمایش سه محوری سیکلی از جمله آزمایش های متداول و [...]


بیشتر بخوانید

خاک های واگرا و آزمایش های واگرایی خاک (Dispersive Soil)

به خاک هایی که در معرض آب های کم نمک، [...]


بیشتر بخوانید