مقاله تحلیلی: محاسبه ظرفیت باربری ایمن خاک

اولین تستی که باید قبل از شروع ساخت‌وساز انجام گردد، تست ظرفیت باربری ایمن خاک است. توصیه میشود که ظرفیت باربری ایمن خاک در نقاط مختلف فونداسیون ساختمان محاسبه گردد.

ظرفیت باربری ایمن خاک چیست؟

این آزمایش میدانی با هدف بررسی ظرفیت مقاومت خاک در برابر بارها انجام می‌شود. به‌عنوان مثال، یک صندلی پلاستیکی کوچک را در نظر بگیرید، این صندلی برای کودکان ساخته شده و ۱۰ کیلوگرم ظرفیت باربری دارد. فرض کنید یک فرد بالغ‌بر روی آن صندلی بنشیند، صندلی مذکور خواهد شکست همین موضوع برای خاک هم صدق می‌کند، اگر چنانچه بیش از ظرفیت خاک به آن بار وارد گردد، خاک دچار گسیختگی شده و نشست می‌کند. برای اجتناب از این امر، ظرفیت باربری ایمن خاک محاسبه می‌شود و این کار برای نقاط مختلف سازه و فونداسیون آن انجام می‌گردد.

بیشترین باری که مساحت واحد خاک بدون هیچ تغییر شکل و نشستی می‌تواند تحمل کند، به‌عنوان ظرفیت باربری ایمن خاک تلقی می‌گردد.

فرمول ظرفیت باربری ایمن خاک

محاسبه مقدار ظرفیت باربری ایمن خاک ظرفیت باربری نهایی خاک

جایی که خاک شروع به جابجایی کرده و تغییر وضعیت می‌دهد، به نام ظرفیت باربری نهایی خاک نام‌گذاری شده است.

به‌عنوان مثال، یک کش لاستیکی را در نظر بگیرید که از دو جهت مخالف کشیده می‌شود، این کش لاستیکی تا زمانی که قادر به بازگشت به وضعیت اولیه خود باشد، خواص الاستیکی آن برقرار خواهد بود. اگر کش بیش‌ازحد کشیده شود پاره می‌شود. دلیل پاره شدن این است که کش خواص الاستیسیته خود را از دست داده و دیگر توانایی بازگشت به وضعیت اولیه را ندارد.

شرایط مذکور برای خاک هم صدق می‌کند، یعنی زمانی که میزان بارگذاری بر روی خاک از یک حدی فراتر رود، خاک در شرایط ظرفیت نهایی قرار می‌گیرد. بعد از این مرحله، خاک شروع به نشست می‌کند که این نقطه به‌عنوان ظرفیت باربری نهایی خاک شناخته می‌شود.

ظرفیت باربری نهایی برای انواع خاک‌ها متفاوت بوده و به شرایط جوی و آب و هوایی هم وابسته است.

ضریب اطمینان بسته به شرایط و نوع ساخت‌وساز عددی بین ۲ تا ۳ در نظر گرفته می‌شود. برای ساخت‌وسازهای بلندمرتبه این عدد برابر ۳ است.

مراحل انجام آزمایش تعیین ظرفیت باربری ایمن خاک

تئوری‌های زیادی وجود دارد که هر یک به نحوی به توضیح روش محاسبه ظرفیت باربری ایمن خاک پرداخته‌اند، از بین تمام آن‌ها روش سقوط وزنه بر روی خاک از راحت‌ترین و قابل‌اعتمادترین آزمایش‌ها به‌حساب می‌آید.

روش سقوط وزنه

این روش جهت تعیین ظرفیت باربری خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در ابتدا، یک چاله به عمق مورد نیاز حفر می‌کنیم (عمق چاله ترجیحاً با عمق فونداسیون یکسان باشد).
یک وزنه مکعبی با وزن و ابعاد مشخص را برمیداریم.
حال وزنه را از یک ارتفاع مشخص بر روی چاله‌های حفر شده رها می‌کنیم.
اثر سقوط وزنه بر روی خاک را اندازه می‌گیریم.

محاسبه مقدار ظرفیت باربری ایمن خاک

برای حصول نتایج دقیق‌تر، وزنه باید چندین بار در چاله‌های مشابه رها شود و از تمام آن‌ها یک میانگین عمق (d) گرفته شود.

مثال

اگر جرم وزنه برابر0.6 کیلوگرم و ارتفاع سقوط آن برابر ۱۲۰ سانتیمتر، عمق متوسط برابر 0.8 سانتی‌متر، سطح مقطع عرضی برابر ۲۰ سانتی‌متر مربع و ضریب اطمینان برابر ۲ باشد، خواهیم داشت:

محاسبه مقدار ظرفیت باربری ایمن خاک

چرا ظرفیت باربری ایمن خاک باید قبل از شروع به کار ساخت‌وساز محاسبه گردد؟

در عکس زیر کاملاً واضح است که ساختمان تنها به یک‌پهلو واژگون شده است. این موضوع زمانی رخ می‌دهد که ساختمان نشست یک‌طرفه داشته باشد و آن ساختمان بدون هیچ فروریزشی به یک‌پهلو دچار واژگونی گردد.

محاسبه مقدار ظرفیت باربری ایمن خاک

دلیل اصلی این است که ساختمان در یک سمت دارای ظرفیت باربری ایمن کافی است اما در سمت دیگر از آن از این ظرفیت برخوردار نیست؛ بنابراین توصیه میشود که ظرفیت باربری ایمن خاک بررسی شود تا بتوان بر عامل روانگرایی خاک غلبه کرد و با توجه به آن انتخاب نوع فونداسیون به‌درستی صورت گیرد.

محاسبه مقدار ظرفیت باربری ایمن خاک مقادیر مذکور در جدول فوق، برای طراحی اولیه و مقدماتی مناسب هستند. مقدار ظرفیت باربری دقیق هر یک از انواع خاک‌ها باید طبق روش‌های آیین‌نامه‌ای محاسبه گردد.