انواع گسیختگی در فونداسیون و پی تحت بارگذاری

• مقدمه

نوع گسیختگی در فونداسیون و خاک زیر آن (پی)، بستگی به حالت بارگذاری، مشخصات فونداسیون و شرایط خاک دارد. انواع گسیختگی فونداسیون و پی بصورت زیر تقسیم‌بندی می‌گردد:

1. ناپایداری کلی پی

2. گسیختگی برشی خاک (ظرفیت باربری پی)

3. گسیختگی خاک ناشی از لغزش فونداسیون

4. برش دو طرفه فونداسیون (برش پانچ)

5. برش یک طرفه فونداسیون

6. گسیختگی خمشی فونداسیون

تمامی 6 مورد ذکر شده در حین طراحی فونداسیون باید کنترل گردد. برای این منظور ضوابط و روابط آیین‌نامه‌ای برای تمام حالات بارگذاری مرتبط با موارد گسیختگی بالا باید برآورده گردد. در زیر به تشریح انواع موارد گسیختگی پرداخته شده است.

• ناپایداری کلی پی

عموما سازه‌هایی که روی خاکریزها یا نزدیک گود، رودخانه، دیوار حائل احداث می‌گردد باید از لحاظ پایداری کلی مورد توجه قرار گیرند. عواملی از قبیل تراکم و تحکیم در خاک می‌توانند موجب این نوع ناپایداری شوند. بطور مثال در خاک دانه‌ای که دانه‌بندی نامناسبی دارد، اعمال بارگذاری منجر به نشست زیاد خاک خواهد شد یا اعمال بارگذاری در خاک‌های رسی زهکشی نشده، پس از گذشت زمان با خروج آب از بین لایه‌های خاک موجب نشست‌های غیر یکنواخت شدیدی خواهد شد.

نوعی دیگر از ناپایداری کلی، ساخت و ساز روی خاکهای رسی گسترده (تورم پذیر) می‌باشد. این نوع خاک با افزایش رطوبت متورم شده در با کاهش رطوبت، کاهش حجم پیدا می‌کند. شکل زیر تاثیر کاهش حجم خاک روی ساختمان را نشان می‌دهد.

• گسیختگی برشی خاک (ظرفیت باربری پی)

ظرفیت باربری خاک بر اساس آزمایش‌های مکانیک خاک تعیین می‌گردد. بطور مثال توسط آزمایش بارگذاری صفحه می‌توان ظرفیت باربری خاک را تعیین نمود.

در صورت اعمال تنش‌های فشاری از طرف سازه بیشتر از تنش مجاز خاک، گسیختگی برشی خاک رخ می‌دهد. این مسئله باعث ایجاد نشست‌های غیر مجاز در فونداسیون سازه می‌گردد. شکل زیر خطوط گسیختگی برشی خاک را زیر فونداسیون نمایش می‌دهد.

• گسیختگی خاک ناشی از لغزش فونداسیون

در سازه‌هایی که تحت بارهای افقی یا مورب قرار دارند، پدیده گسیختگی ناشی از لغزش بحرانی خواهد شد. برای جلوگیری از این مورد باید مجموع نیروی اصطکاک بین فونداسیون و خاک و نیروی رانشی مقاوم خاک جلوی فونداسیون از مولفه‌ی افقی بارهای نهایی وارد بر فونداسیون بزرگتر باشد تا از لغزش جلوگیری گردد.

• برش دو طرفه فونداسیون (برش پانچ)

این مد از گسیختگی بعلت وجود بارهای زیاد ستون و ضعف برشی فونداسیون می‌باشد که بصورت ترکهای ممتد حول محیط ستون ایجاد می‌گردد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که ناحیه بحرانی فونداسیون به فاصله d/2 از بر ستون می‌باشد که d ارتفاع موثر فونداسیون است.

جهت جلوگیری از این مد گسیختگی، باید نیروی برشی ناشی از بار ستون در ناحیه بحرانی از ظرفیت برشی فونداسیون در همان ناحیه کمتر باشد. در صورت عدم تامین مقاومت برشی بتن، می‌توان از میلگردهای تقویتی استفاده نمود. شکل گسیختگی فونداسیون در حالت برش پانچ در زیر نمایش داده شده است.

• برش یک طرفه فونداسیون

برش یک طرفه موجب گسیختگی کل عرض فونداسیون از فاصله d از بر ستون می‌شود. در مواردی که از صفحه ستون فولادی استفاده شود، فاصله d از مابین وجه ستون و لبه ورق [Base Plate] محاسبه می‌گردد.

این نوع گسیختگی بیشتر در مواردی که فونداسیون ضخامت کم و ستونها ابعاد بزرگی دارند رخ می‌دهد. مطابق بند 9-15-17-2-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش 92)، کنترل برش یک طرفه فونداسیون مشابه کنترل برش مقطع تیر است. در شکل زیر نحوه گسیختگی برش یک طرفه نمایش داده شده است.

• گسیختگی خمشی فونداسیون

فونداسیون زیر بار ستون مانند یک تیر طره عمل می‌کند که از طرف خاک تحت بار گسترده قرار گرفته و ستون حکم تکیه گاه گیردار را ایفا می‌نماید.

با افزایش بارهای ستون، لنگر در فونداسیون افزایش می‌یابد که M_u-max در محل تکیه‌گاه (پای ستون) ایجاد می‌گردد. در صورتی که ظرفیت خمشی مقطع فونداسیون کمتر از لنگر نهایی شود، گسیختگی خمشی رخ خواهد داد. شکل زیر مکانیزم گسیختگی خمشی را نمایش می‌دهد.

منابع:

 http://theconstructor.org/