Foundation Engineering Handbook

هدف کتاب راهنمای طراحی پی ارائه جنبه های کاربردی ژئوتکنیک و مهندسی پی می باشد. در حالی که تاکید اصلی تحصیلات دانشگاهی بر تحلیل های مهندسی است، این اغلب تنها بخشی از دانش مورد نیاز برای تمرین مهندسی ژئوتکنیک را نشان می دهد. یکی از اهداف این کتاب بحث در مورد قضاوت مهندسی است که باید از طریق تجربه کسب شود. به عنوان مثال، استفاده از افزونگی کافی در طراحی و ساخت پروژه است.
در کالیفرنیا، مهندسان سازه معمولاً طراحی سازه واقعی شالوده را بر اساس توصیه های ارائه شده توسط مهندس ژئوتکنیک انجام می دهند. طراحی پی از نظر تعیین نوع و فواصل میلگردهای فولادی در پایه های بتنی در کتاب راهنمای طراحی پی مطرح نشده است. این کتاب فقط به جنبه های ژئوتکنیکی مهندسی پی می پردازد. علاوه بر این، این کتاب فقط برای تجزیه و تحلیل خاک تمیز که حاوی مواد خطرناک شناخته شده یا مشکوک نیست، قابل استفاده است. چنین مسائل زیست محیطی خارج از محدوده این کتاب است.

به دلیل فرضیات و عدم قطعیت های مرتبط با مهندسی ژئوتکنیک، این شاخه از مهندسی اغلب به عنوان یک “هنر” توصیف می شود تا یک علم دقیق. بنابراین تجزیه و تحلیل های ساده در کتاب راهنمای طراحی پی برجسته هستند، با ارزیابی های پیچیده و نظری که به حداقل نیاز دارند. برای اکثر پروژه ها، تعداد محدودی از گمانه های آزمایشی برای بررسی خاک و ساختار زمین شناسی یک سایت استفاده می شود. از این رو، به جز مواردی که سایت از سنگ جامد تشکیل شده باشد، معمولاً در آنالیزهای نهایی عدم قطعیت وجود خواهد داشت. به همین دلیل، هنگام برخورد با پی هایی که روی خاک قرار دارند، همیشه بهترین کار این است که یک رویکرد محافظه کارانه داشته باشید.
بخش 1 (فصل 2 تا 4) کتاب راهنمای طراحی پی به مطالعات پایه ژئوتکنیکی و آزمایشگاهی، مانند اکتشاف زیرسطحی و آزمایش آزمایشگاهی نمونه‌های خاک، سنگ یا آب زیرزمینی می پردازد. بخش 2 (فصل 5 تا 14) جنبه های ژئوتکنیکی مهندسی پی، از جمله شرایطی که معمولاً توسط مهندس طراح با آن مواجه می شود، مانند نشست، تورم خاک و پایداری شیب را ارائه می دهد. بخش 3 (فصل 15 تا 17) بحثی در مورد عملکرد یا ارزیابی مهندسی ساخت پی ارائه می دهد و قسمت 4 (فصل 18 و 19) شامل فصل های پایانی کتاب راهنمای طراحی پی است که به کاربرد آیین نامه ساختمان برای مهندسی پی می پردازد.

کتاب راهنمای طراحی پی جنبه های کاربردی ژئوتکنیک و مهندسی پی را ارائه می دهد. موضوعات باید مورد علاقه مهندسان طراح باشد، به خصوص قسمت 4 که به قوانین بین المللی ساختمان می پردازد. در این ویرایش دوم، قسمت 4 برای مطابقت با قوانین بین‌المللی ساختمان در سال 2009 بازبینی شده است. باقیمانده کتاب اساساً نسبت به چاپ اول بدون تغییر است.

فصل 1

1.1 تعاریف

پی به قسمتی از سازه گفته می شود که وزن سازه را تحمل می کند و بار را به خاک یا سنگ زیرین منتقل می کند. به طور کلی، مهندسی پی دانش زمین شناسی، مکانیک خاک، مکانیک سنگ و مهندسی سازه را در طراحی و ساخت پی ساختمان ها و سایر سازه ها به کار می گیرد. اساسی ترین جنبه مهندسی پی به انتخاب نوع پی می پردازد، مانند استفاده از سیستم فونداسیون کم عمق یا عمیق. یکی دیگر از جنبه های مهم مهندسی پی شامل توسعه متغیرهای طراحی، مانند ظرفیت باربری یا نشست تخمینی پی است. مهندسی پی همچنین می تواند شامل طراحی پایه واقعی باشد، مانند تعیین نوع و فاصله میلگردهای فولادی در پایه های بتنی. مهندسی پی اغلب شامل مهندسان ژئوتکنیک و سازه می شود و مهندس ژئوتکنیک متغیرهای طراحی پی مانند فشار باربری مجاز را ارائه می کند و مهندس سازه طراحی واقعی پی را انجام می دهد. پی ها معمولا به دو دسته پی های عمیق و کم عمق تقسیم بندی می شوند. جدول 1.1 فهرستی از انواع رایج پی ها را نشان می دهد. از نظر جنبه های ژئوتکنیکی، مهندسی پی اغلب شامل موارد زیر است (Day, 1999a, 2000a):

• تعیین نوع فونداسیون سازه شامل عمق و ابعاد
• محاسبه نشست پی
• تعیین متغیرهای طراحی پی، مانند ظرفیت باربری و فشار باربری مجاز خاک
• تعیین پتانسیل تورم یک سایت
• بررسی پایداری شیب ها و تاثیر آنها بر پی های مجاور
• بررسی امکان جابجایی پی در اثر نیروهای لرزه ای که شامل احتمال روانگرایی نیز می شود.
• انجام مطالعات و آزمایشات جهت تعیین احتمال خرابی پی
• ارزیابی عملیات بهسازی خاک برای افزایش ظرفیت باربری پی
• تعیین متغیرهای طراحی برای پی دیوارهای حائل
• ارائه توصیه هایی برای زهکشی گودبرداری های مورد نیاز برای احداث پی.
• بررسی مشکلات آب های زیرزمینی و نشت و اقدامات کاهشی در حین احداث پی
• آماده سازی محل، از جمله مشخصات تراکم و آزمایش تراکم
• زیرسازی و آزمایش میدانی پی ها

الزامات پروژه

برای برخی از پروژه ها، الزامات طراحی پی کاملاً خاص و حتی ممکن است به صورت مکتوب باشد. به عنوان مثال، یک پروژه ممکن است به بررسی ژئوتکنیکی متشکل از تعداد، نوع و عمق مشخصی از گمانه ‌ها نیاز داشته باشد و همچنین ممکن است انواع آزمایش‌ های آزمایشگاهی را لازم داشته باشد. وضعیت رایج تر زمانی است که کارفرما برای تهیه یک پیشنهاد تحقیقاتی، انجام تحقیقات و ارائه متغیرهای طراحی پی که نیازهای مهندسان پروژه و الزامات مقامات محلی ساختمان یا مقام مسئول را برآورده می کند، به مهندس ژئوتکنیک رجوع می کند. الزامات کلی برای پروژه های مهندسی پی به شرح زیر است (تاملینسون، 1986):

1. آگاهی از توپوگرافی کلی سایت که بر طراحی پی و ساخت و ساز تأثیر می گذارد، به عنوان مثال، پیکربندی سطح، عوارض مجاور، وجود آبراهه ها، حوضچه ها، پرچین ها، درختان، رخنمون های سنگ و دسترسی برای وسایل نقلیه و مصالح ساختمانی
2. محل تاسیسات دفن شده مانند کابل برق و تلفن، شبکه آب و فاضلاب
3. زمین شناسی عمومی منطقه با اشاره خاص به سازندهای اصلی زمین شناسی زیربنای سایت و احتمال فرونشست ناشی از استخراج مواد معدنی یا علل دیگر
4. سابقه قبلی و استفاده از سایت شامل اطلاعات مربوط به هر گونه نقص یا خرابی ساختمان های موجود یا قبلی منتسب به شرایط پی
5. هرگونه ویژگی خاص مانند احتمال وقوع زلزله یا عوامل اقلیمی مانند سیل، تورم و انقباض فصلی یا فرسایش خاک
6. در دسترس بودن و کیفیت مصالح ساختمانی محلی مانند سنگدانه های بتنی، سنگ ساختمانی و جاده ای و آب برای مقاصد ساختمانی
7. برای سازه های دریایی، اطلاعات مربوط به محدوده جزر و مد و سطح رودخانه، سرعت جریان جزر و مد و رودخانه و سایر داده‌ های هواشناسی
8. ثبت دقیق لایه های خاک و سنگ و شرایط آب زیرزمینی در مناطق تحت تأثیر فشارهای متحمل پی و عملیات ساخت و ساز یا هر لایه عمیق تر که به هر نحوی بر شرایط سایت تأثیر می گذارد.
9. نتایج آزمایش های آزمایشگاهی بر روی نمونه های خاک و سنگ متناسب با طراحی پی یا مشکلات ساخت و ساز
10. نتایج آنالیزهای شیمیایی بر روی خاک یا آب های زیرزمینی برای تعیین اثرات مخرب احتمالی سازه های پی

اغلب مشتری از الزامات دقیق جنبه های ژئوتکنیکی پروژه آگاهی ندارد. به عنوان مثال، مشتری ممکن است فقط تصور مبهمی داشته باشد که ساختمان نیاز به پی دارد و بنابراین باید یک مهندس ژئوتکنیک استخدام شود. مالک فرض می کند که شما تحقیقی را انجام می دهید و گزارشی را تهیه می کنید که تمام الزامات پایه پروژه را برآورده می کند.
دانستن الزامات بخش ساختمان محلی یا مقام حاکم ضروری است. به عنوان مثال، بخش ساختمان ممکن است نیاز داشته باشد که موارد خاصی توسط مهندس ژئوتکنیک مورد توجه قرار گیرد، مانند پتانسیل نشست سازه، توصیه های درجه بندی، جنبه های زمین شناسی و برای پروژه های دامنه تپه، تجزیه و تحلیل پایداری شیب. نمونه هایی از شرایط مشکل که نیاز به توجه ویژه دارند. حتی اگر این موارد مستقیماً بر پروژه تأثیر نگذارند، ممکن است نیاز به بررسی و بحث در گزارش ژئوتکنیک داشته باشند. ممکن است الزامات پروژه مهم دیگری وجود داشته باشد که کارفرما از آنها بی اطلاع باشد و برای ارائه آنها به مهندس ژئوتکنیک متکی باشد. به عنوان مثال، پی ممکن است تحت تأثیر خطرات زمین شناسی، مانند گسل ها و رسوبات خاک مستعد روانگرایی قرار گیرد. مهندس ژئوتکنیک باید به این نوع خطرات زمین شناسی که می تواند سایت را تحت تاثیر قرار دهد رسیدگی کند. به طور خلاصه، ضروری است که مهندس ژئوتکنیک الزامات کلی پروژه بخش ساختمان محلی یا سایر الزامات قانونی را بداند. اگر تمام موارد مورد نیاز در گزارش مهندسی پی بررسی و یا مورد توجه قرار نگیرد، بخش ساختمان یا مرجع نظارتی ممکن است از صدور پروانه ساختمان خودداری کند. این به طور طبیعی به دلیل کارهای اضافی مورد نیاز، تاخیر در ساخت و ساز و هزینه های طراحی و ساخت و ساز پیش بینی نشده احتمالی باعث ناراحتی مشتری می شود.