Design of Shallow and Deep Foundations

انتقال بار ناشی از سازه ها به لایه های زیرین خاک، توسط پی ها صورت می گیرد. پی ها به دو دسته کلی پی های سطحی و پی های عمیق تقسیم می شود. این کتاب به توضیح روش های متداول ژئوتکنیکی که در کشور فرانسه برای طراحی پی استفاده می شود پرداخته است. 

فصل اول

به طور کلی در روش های حالت حدی چه حالت حدی نهایی و چه حالت حدی سرویس دهی روند طراحی بدین صورت است که ترکیب بارهای مختلف ناشی از سازه،  تحت شرایط حاکم بر مسئله محاسبه شده و با مقاومت خاک که خود از برخی عوامل نظیر شرایط سطح آب زیرزمینی تاثیر می پذیرد، مقایسه می شود. در این فصل از کتاب طراحی پی های عمیق و سطحی در ابتدا به اصول حالت حدی سرویس دهی پرداخته شده است و سپس پارامترهایی که باید برای ارزیابی بار ناشی از سازه و نیز تعیین مقاومت خاک باید لحاظ شود به طور خلاصه و موردی ذکر شده است.

فصل دوم

پی های سطحی به سه دسته پی های منفرد و پی های نواری و پی های گسترده طبقه بندی می شوند. در راستای طراحی پی های سطحی، در اولین قدم، مهندسین ژئوتکنیک در تلاش هستند تا با در نظر گرفتن محدودیت های هزینه ای موجوددر پروژه، پی سطحی را طراحی نموده و ظرفیت باربری پی و نشست ناشی از پی را با مقادیر مجاز کنترل نمایند. بنابراین به دست آوردن ظرفیت باربری و نشست و تسلط بر روابط حاکم بر این دو موضوع از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل این فصل از کتاب به توضیح نحوه محاسبه ظرفیت باربری پی و نشست پی های سطحی در خاک های دانه ای و چسبنده اختصاص دارد.

برای محاسبه ظرفیت باربری پی های سطحی از دو روش استفاده می شود. در روش اول از خروجی نتایج آزمایشگاهی استفاده می شود. در این روش ابتدا به کمک آزمایش های مقاومت برشی نظیر آزمایش سه محوری و آزمایش برش مستقیم، پارامتر های مقاومتی مانند زاویه اصطکاک داخلی (φ) و چسبندگی (c) به دست آمده و به  کمک روابط متداول ظرفیت باربری که توسط دانشمندان مختلف محاسبه گردیده است، مقدارظرفیت باربری به دست می آید.

به طورکلی، روابط ظرفیت باربری پی های سطحی از سه بخش تشکیل می شود.

• مقاومت ناشی از عرض پی
• مقاومت ناشی از چسبندگی
• مقاومت ناشی از عمق

هر یک از این بخش ها از تعدادی ضریب اصلی و تعدادی ضریب فرعی تشکیل می شود. مقدار این ضرایب در نظریه دانشمندان مختلف متفاوت است. مقدار این ضرایب در انواع پی های سطحی به طور کامل توضیح داده شده است. نکته حائز اهمیت دیگر در این موضوع آن است که مقادیر زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک ها در شرایط زهکشی نشده با مقادیر ضرایب مذکور در شرایط زهکشی شده متفاوت است. در شرایط زهکشی نشده تنش کل حکم فرما می شود چرا که ابتدا بار وارده سبب افزایش فشارآب حفره ای شده و دانه های جامد خاک مشارکتی در تحمل بار وارده ندارند. این در حالی است که در شرایط زهکشی شده، دانه های جامد نیز در تحمل بار وارده مشارکت نموده و شرایط تنش موثر در خاک حاکم می شود. در بخش ابتدای این فصل توضیحات مربوط به این موضوع به طور کامل شرح داده شده است. یکی از موارد تاثیر گذار در محاسبه ظرفیت باربری، بحث خروج از مرکزیت بار می باشد. این موضوع سبب ایجاد لنگر در پی می شود. در بخش دیگری از این فصل به بررسی این موضوع و تاثیرات آن در محاسبه ظرفیت باربری پی پرداخته شده است.

 در روش دوم محاسبه ظرفیت باربری شالوده از آزمایش های برجا برای سنجش ظرفیت باربری استفاده می شود. در این روش، از آزمایش های برجا نظیر SPT و CPT استفاده می شود و نتایج به دست آمده از این آزمایش ها به کمک روابط تجربی موجود در این زمینه به ظرفیت باربری خاک مرتبط می شود. در این فصل به طور خلاصه به بررسی این روش پرداخته شده است.

در بخش پایانی نیز معیارهای طراحی پی های سطحی مورد مطالعه قرار گفته است تا خواننده تا حدودی با برخی معیارهای موجود در این زمینه آشنا شود.

فصل سوم

در مواردی که لایه های سطحی خاک از مقاومت کافی برای تحمل بار ناشی از سازه برخوردار نباشند با استفاده از پی های عمیق، این بار به لایه های خاک در اعماق پایین تر منتقل می شود. در این فصل نویسنده پی های عمیق را به چهار دسته شمع ها، Barrette ها، Pier ها و ریزشمع ها (میکروپایل ها) تقسیم بندی کرده و توضیحاتی را درباره دامنه کاربرد و روش اجرا هر یک از این پی های عمیق ارائه داده است. اما بخش عمده فصل به توضیح موضوعات مختلف در رابطه با شمع های تکی اختصاص دارد.

 به طور کلی ظرفیت باربری شمع ها از مقاومت نوک و نیز اصطکاک بدنه شمع با خاک تامین می شود. برخی از شمع ها اتکایی بوده و نوک شمع در لایه مقاوم قرار گرفته است بنابراین تنها از مقاومت نوک آنها برای تامین ظرفیت باربری استفاده می شود این درحالیست که مقدار مقاومت ناشی از اصطکاک جدار ناچیز بوده و در این شمع ها از تاثیر این عامل صرف نظر می شود. برخی شمع ها ماهیت اصطکاکی داشته و از مقاومت نوک آن ها برای تعیین ظرفیت باربری صرف نظر می گردد. در این فصل به نکات موجود در این زمینه و همچنین روابط حاکم بر شمع های تکی برای محاسبه ظرفیت باربری، نشست در شمع ها و همچنین نحوه تشکیل گوه گسیختگی به طور کامل پرداخته داده شده است تا خواننده تا حد قابل قبولی با شمع ها آشنا شود.

فصل چهارم

در این فصل از کتاب طراحی پی های سطحی و عمیق نویسنده ابتدا به شرح و مقایسه مقادیر مجاز جابه جایی جانبی،  نشست و دوران پی های سطحی و نیز پی های عمیق، طبق نظریه دانشمندان مختلف در خاک های مختلف پرداخته است. در بخش بعدی به اندرکنش بین خاک و سازه و تاثیر آن بر روابط ذکر شده اشاره شده است. یکی از روش های مدلسازی این اندرکنش استفاده از فنر با سختی های مشخص است که در این فصل به این موضوع و نحوه محاسبه سختی فنرها پرداخته شده است. در انتها نیز نویسنده اشاره کوچکی به تاثیر عملکرد گروهی در پی های سطحی و نیز پی های عمیق در ماتریس سختی مجموعه و متعاقبا بحث اندرکنش خاک و سازه داشته است.