تحلیل فونداسیون گسترده متکی برشمع با توجه به تاثیر نوع خاک در رفتار آن با استفاده از روش اجزای محدود سه بعدی
چکیده
در اکثر پروژه های مربوط به احداث سازه های عظیم که بر روی نهشته های عمیق رسی یا ماسه ای قرار می-گیرند، مهندسان راغب اند که از فونداسیون گسترده بتن مسلح استفاده نمایند. این فونداسیون ها تا جایی که امکان دارد بار حاصل از ستون ها و دیوار های برشی را بر روی سطحی وسیع پخش می کنند و در نتیجه می-توانند منجر به کاهش نشست اختلافی گردند. به طور کلی مهم ترین عاملی که بایستی در طرح نهایی فونداسیون ارضاء گردد نشست است که بایستی در حد مجاز باشد. از طرف دیگر در حالتی که فونداسیون برای سازه های عظیم طراحی می گردد ظرفیت باربری نهایی نیز باید کنترل گردد. به منظور محدود کردن نشست به محدوده مقادیر مجاز آن می توان از فونداسیون های عمیق(شمع ها) استفاده نمود. به طور مرسوم فونداسیون های عمیق با به کارگیری ضرایب ایمنی بالا برای شمع ها طراحی می شوند. شمع ها در گروه شمع به گونه ای قرار می گیرند که تمام بار حاصل از سازه را حمل می کنند. اگرچه کلاهک گروه شمع که معمولا از نوع فونداسیون گسترده می باشد در تماس نزدیک با خاک قرار می گیرد، اما معمولا از سهم باربری کلاهک در برابر کل ظرفیت باربری فونداسیون چشم پوشی می گردد]1[. با این حال در دهه های اخیر، با افزایش شناخت این فونداسیون ها می توان دریافت که استفاده از گروه شمع و اتصال آن به فونداسیون گسترده به طوری که با خاک درتماس باشد، می تواند تا اندازه قابل توجهی منجر به اقتصادی شدن طرح گردیده و کارایی فونداسیون را نیز افزایش دهد. در این نوع فونداسیون ها از هر دو قسمت گروه شمع و فونداسیون گسترده به طور قابل ملاحظه ای در باربری بهره گرفته شده که به عنوان فونداسیون گسترده متکی بر گروه شمع(piled raft foundation) شناخته می شوند]2[. این دیدگاه در طراحی فونداسیون منجر به مشارکت هر دو نوع فونداسیون گسترده و گروه شمع در باربری گردیده، در نتیجه از هر دو قسمت به نحو بهینه ای استفاده می گردد. اساس کار فونداسیون گسترده متکی بر شمع به این گونه است که شمع ها به صورت اصولی در نواحی مختلف فونداسیون گسترده قرار گرفته و سهمی از بار سازه را تحمل می کنند اما بر خلاف آن در گروه شمع، شمع ها در تمام نواحی فونداسیون پخش گردیده و تمام بار سازه را به تنهایی تحمل می کنند. در طراحی گروه شمع، شمع ها به گونه ای طراحی می گردند که تحت بار های بهره برداری از نظر ژئوتکنیکی به ظرفیت نهایی خود می رسند ولی با مطرح شدن مفهوم فونداسیون گسترده متکی بر شمع، کاهش نشست در برابر ظرفیت باربری از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و پارامتر نشست به عنوان ملاک اصلی در طراحی مورد توجه قرار می گیرد]3[. استفاده از فونداسیون گسترده متکی بر شمع علاوه بر اقتصادی کردن پروژه منجر به افزایش کارایی فونداسیون و کاهش نشست ها تا حد مجاز می گردد. اگرچه این فونداسیون ها به طور قابل ملاحظه ای به منظور اجرای سازه های بلند مرتبه مورد استفاده قرار می گیرند، اما علاوه بر آن می توانند جهت ترمیم ساختمان ها و در گاهی موارد اجرای سازه های معمولی در شرایط خاص ژئوتکنیکی نیز مفید واقع شوند. 2-1- اهداف پایان نامه بهینه سازی در طراحی با توجه به استفاده مناسب از امکانات موجود همواره از مهم ترین مسائل در مهندسی بوده که به عنوان اصلی مهم در اکثر فعالیت های پژوهشی مدنظر قرار می گیرد و اهداف تحقیق با توجه به آن شکل می گیرند. در این تحقیق نیز طراحی فونداسیون گسترده متکی بر شمع بر مبنای ارائه الگوی اقتصادی مناسب مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به نیاز جامعه مهندسی به درک مناسبی از رفتار خاک و عدم توانایی عموم مهندسین در مدل سازی سه بعدی رفتار خاک بوسیله ی نرم افزار های تخصصی ژئوتکنیک، بر آن شدیم تا با درک صحیح از رفتار خاک، رفتار فونداسیون گسترده متکی بر شمع را در شرایط مختلف ژئوتکنیکی اعم از خاک رسی، ماسه ای و خاک لایه ای مورد مطالعه قرار داده و به منظور تسهیل در حل مشکلات مهندسین، نمودار ها و جداولی ارائه دهیم تا گام موثری در طراحی هر چه دقیق تر فونداسیون ها برداشته باشیم. 3-1- ساختار پایان نامه و روش انجام تحقیق این تحقیق در هفت فصل ارائه می گردد. در فصل دوم پیشینه ای از کار های انجام شده بر روی فونداسیون گسترده متکی برشمع ارائه گردیده و انواع روش های مختلف مورد استفاده به منظور تحلیل ها، به طور مختصر بیان گردیده اند و از میان آن ها بهترین روش جهت انجام تحلیل ها استفاده می گردد. با توجه به اهمیت موضوع اندرکنش خاک-سازه، در فصل سوم روابط حاکم بر اثرات اندرکنش شمع-شمع و شمع-خاک با استفاده از روش لایه ی محدود و المان محدود بیان می گردد. در فصل چهارم به معرفی نرم افزار مورد استفاده پرداخته شده و از دو مثال به عنوان نمونه های موردی جهت بررسی صحت نتایج حاصل از نرم افزار استفاده می گردد. با توجه به این که در اکثر موارد، طراحی شالوده ها توسط نرم افزار safe انجام می شود، در فصل پنجم به بررسی نقاط ضعف این نرم افزار پرداخته شده و ضرایب تصحیح در شرایط مختلف ژئوتکنیکی محاسبه گردیده است. در فصل ششم که به عنوان اصلی ترین فصل محسوب می گردد، تاثیر انواع خاک های ماسه ای و رسی و همچنین لایه بندی های مختلف در پارامترهای طراحی فونداسیون گسترده متکی برشمع مطالعه شده است. در پایان نتایج حاصل از مطالعات انجام گرفته و پیشنهادات به منظور ادامه ی تحقیقات آینده در فصل هفتم ارائه می گردد.