مقاله تحلیلی: عوامل مؤثر بر ظرفیت باربری خاک

ظرفیت باربری خاک تحت تأثیر عوامل بسیاری ازجمله مقاومت خاک، عرض و عمق فونداسیون، وزن و سربار خاک و فاصله بین فونداسیون ها است. این عوامل به بارهای وارده بر خاک مربوط می شود و به‌طور قابل‌توجهی بر ظرفیت باربری تأثیر می گذارد.

جدا از فاکتورهای فوق، تعدادی عوامل غیر مرتبط با بار وجود دارد که بر ظرفیت باربری تأثیر می گذارند و باید در هنگام طراحی فونداسیون و محاسبه ظرفیت باربری خاک مورد بررسی قرار گیرند. به‌عنوان‌مثال، زمین‌لرزه و حرکات دینامیکی، یخبندان، حفره های زیرسطحی، خاک منبسط شونده ریزشی، تورم، فرسایش و نشت خاک و تسلیح خاک.

ظرفیت باربری به‌صورت توانایی خاک برای انتقال ایمن فشار ناشی از هر سازه بدون شکست برشی و نشست های بزرگ تعریف می‌شود.

مقاومت خاک

ظرفیت باربری خاک غیر چسبنده و خاک مخلوط، با افزایش زاویه اصطکاک مؤثر به‌طور غیرمتناسب افزایش می یابد. درعین‌حال، ظرفیت باربری خاک چسبنده، به‌شرط آنکه زاویه اصطکاک مؤثر صفر باشد، به‌طور خطی با چسبندگی خاک تغییر می کند.

عرض فونداسیون

عرض فونداسیون بر ظرفیت باربری خاک غیر چسبنده تأثیر می گذارد. ظرفیت باربری فونداسیون قرار گرفته روی سطح خاک غیر چسبنده که در آن مقاومت برشی خاک به میزان قابل‌توجهی به اصطکاک داخلی بستگی دارد، متناسب با عرض فونداسیون است. ظرفیت باربری خاک چسبنده با مقاومت برشی ثابت و عمق نامتناهی، مستقل از عرض فونداسیون است.

عمق فونداسیون

هرچه ظرفیت باربری بیشتر باشد، عمق فونداسیون بیشتر است. به‌طور خاص این اتفاق در خاک یکنواخت غیر چسبنده مشهود است. در مقابل، اگر فونداسیون روی لایه ضعیف خاک قرار گیرد، ظرفیت باربری کاهش می یابد.

وقتی فونداسیون در عمقی قرار گیرد که وزن سازه با وزن خاک جابجا شده برابر شود، معمولاً، جدا از اینکه سازه روی خاک متراکم نشده و خاک فروریزشی در معرض آب باشد، ظرفیت باربری به مقدار کافی تأمین می شود.

وزن و سربار خاک

نقش خاک زیرسطحی و سربار که تحت تأثیر سطح آب قرار گرفته اند، در ظرفیت باربری قابل‌چشم‌پوشی نیست. برای جلوگیری از مشکلات ساخت‌وساز و نشت و بالا زدگی، سطح آب نباید بالای فونداسیون باشد. اگر سطح آب زیر عمق سطح شکست قرار داشته باشد، هیچ تأثیری در ظرفیت باربری نخواهد داشت.

فاصله بین فونداسیون ها

توصیه می شود در طراحی فونداسیون، برای جلوگیری از کاهش ظرفیت باربری، حداقل فاصله بین فونداسیون ها 1.5 برابر عرض فونداسیون در نظر گرفته شود.

زمین‌لرزه و حرکات دینامیکی

 حرکات تکرارشونده می توانند سبب ایجاد فشار منفذی در خاک فونداسیون شوند و درنتیجه آن ظرفیت باربری کاهش یابد. منبع حرکات چرخشی زمین‌لرزه ها، ماشین‌آلات ارتعاشی و سایر منابع مانند ترافیک وسایل نقلیه، انفجار و شمع کوبی است.

هنگامی‌که فشار منفذی برابر و یا بیشتر از تنش محصور در خاک شود، خاک فونداسیون می تواند به‌صورت روان درمی‌آید. روانگرایی، تنش مؤثر را به صفر می رساند و باعث ایجاد تغییر نشست در سازه ها و از بین رفتن ظرفیت باربری شود.

یخبندان

یخبندان در بعضی از خاک هایِ در تماس با آب و در معرض دمای انجماد یا خاک منجمد بدون مقاومت در اثر ذوب شدن، می تواند ظرفیت باربری را باگذشت زمان تغییر دهد. مصالح با چسبندگی کم و حاوی درصد بالایی از ذرات سیلت، عمدتاً مستعد تأثیرات ناشی از یخبندان هستند.

حفره های زیرسطحی

ظرفیت باربری خاک به دلیل وجود حفره های زیرسطحی که در عمق بحرانی زیر فونداسیون قرار دارند کاهش می یابد. عمق بحرانی عمقی است که در زیر آن، تأثیر فشار روی خاک ناشی از فونداسیون، قابل‌اغماض است.

خاک های منبسط شونده و فروریزشی

خاک های منبسط شونده و فروریزشی اگر خشک باشند، نسبتاً مقاومت و ظرفیت باربری زیادی دارند. بااین‌حال، حجم این خاک ها به دلیل تغییر در مقدار آب تغییر می کند. این اتفاق منجر به حرکت کلی یا ناهمسان فونداسیون می شود. تر و خشک شدن فصلی ممکن است باعث حرکات خاک شود که اغلب منجر به خرابی قابل‌توجه و بلندمدت در سازه ها می شود.

تورم

تورم را می توان به‌واسطه نتایج حاصل از آزمون تراکم سنجی مطابق با ASTM D 4546 تعیین کرد. نتایج این آزمایش در تعیین آماده‌سازی خاک فونداسیون برای کاهش حرکات متغیر مخرب و فراهم کردن فونداسیونی با ظرفیت کافی برای مقاومت یا جلوگیری از تورم مورد انتظار خاک به کار گرفته می شود.

تسلیح خاک

با تسلیح خاک به روش‌های مختلف همچون استفاده از اتصالات فلزی، نوارها یا شبکه ها، الیاف ژئوتکستایل یا مصالح دانه ای، می توان ظرفیت باربری خاک نرم یا ضعیف را تا حد زیادی افزایش داد.

فرسایش و نشت خاک

فرسایش و نشت خاک اطراف و زیر فونداسیون ظرفیت باربری را کاهش داده و باعث خرابی فونداسیون می‌شود.

 منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

 اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.