فونداسیون

کاربرد

تحمل بار سازه فوقانی و انتقال امن آن به زمین

کاربرد فونداسیون بار سازه را به صورت امن به زمین منتقل میکند . به صورت امن یعنی بدون نشست باشد. نشست یا یکنواخت است یا به صورت غیر یکنواخت است نشست در هر صورت برای ما مضر است اما نشست غیر یکنواخت مضر تر است چون باعث ترک در سازه میشود .

فونداسیون

انواع

فونداسیون سطحی

بار سازه را مستقیماً به زمین منتقل می‌کند

گسترده، نواری، منفرد، مرکب

فونداسیون عمیق

بار سازه را از طریق واسطه مانند شمع به عمق باربر زمین منتقل می‌کند

فونداسیون های عمیق معمولاً در گودبرداری و اینها استفاده می شود و برای سازه های بزرگ مثل برج ها و پل ها استفاده می شود .

یکی از المان هایی که در فوندانسیون عمیق زیاد استفاده می شود شمع است.

برای مثال اگر یک برج را در نظر بگیرید نیروی این برج بسیار زیاد است و فشار زیادی را به خاک وارد می کند برای جلوگیری از واژگونی آن فونداسیون را عمیق در نظر می گیریم ولی بازهم خاکی که زیر فونداسیون قرار گرفته است مقاومت کافی برای تحمل این برج را ندارد و میایم با استفاده از شمع به صورت ستون هایی که در خاک مدفون می شوند تا عمقی می‌رویم که یک به یک لایه سخت برخورد کنیم .

در واقع سازه را روی ستون هایی بنا می کنیم که این ستون ها نیرو را به لایه های سخت منتقل میکند .

فونداسیون جعبه‌ای

برای مقابله با تورم احتمالی خاک در اثر رطوبت

معمولاً در دسته فوندانسیون های عمیق قرار می گیرد که در خاک هایی که احتمال تورم دارد یک فضایی را در زیر فونداسیون در نظر میگیرند که اگر خاک متورم شود از این فضا استفاده کند .

شمع

مکانیسم‌های باربری شمع

اصطکاکی

خود بدنه شمع نیرو را به خاک منتقل میکند .

بعضی از شمع ها فقط اتکایی هستند . مثلاً در خاک رس

بعضی از شمع ها فقط اصطکاکی هستند . مثل مکان هایی که سطح سخت خیلی پایین است .

برخی از شمع ها از هردو مکانیسم استفاده می کنند .

تکیه گاهی
ترکیبی

شمع جابجایی یا کوبشی

الوار
پروفیل H
لوله فولادی
بتنی پیش‌تنیده

سر شمع

توزیع یکنواخت بار بین شمع‌ها
جلوگیری از برش پانچ

جنس خاک را ارزیابی می کنند تا ببینند که به اندازه کافی اصطحکاک دارد یا خیر و اگر اصطحکاک کافی را نداشته باشد یکی از راه هایی که استفاده می کنند در زیر زمین حفاری را به نوعی انجام می دهند که به صورت افقی یک سطح تماس بیشتری داشته باشد .

شمع ها حالت های مختلفی دارند که حتی به صورت چوب یا پروفیل فولادی و غیره می توانند باشند اما معمولا به صورت بتنی انجام می‌شود .

آیا شمع درجا اجرا می‌شود یعنی همون جا بتن ریزی می شود یا در حالت دوم می بریم جای دیگر بتن ریزی می شود و همانند میخ کوبیده می‌شود که به این شمع کوبشی گفته می شود .

اگر قرار باشد ما فونداسیون را بیاریم بگذاریم روی شمع معمولاً چون تعداد شمع ها از تعداد ستون ها کمتر است . اینجا مشکل پانچینگ ممکن است به وجود بیاید و فوندانسیون ممکن است پانچ کند چون نیروی زیادی وارد می شود .

برای جلوگیری از پانچ از سر شمع استفاده می کنیم . کار سرشمع توزیع یکنواخت بار بین شمع ها و جلوگیری از برش و پانچ است .

انواع چکش شمع کوبی

چکش سقوطی ریلی

وزن ۲۰۰ تا ۱۳۰۰ کیلو گرم و ارتفاع ۱.۵ تا ۶ متر

یعنی چکش را روی یک ریلی سوار می کنند و بعد یک جرثقیل است و چکش را بالا می‌آورد و رها می‌کند و به شمع برخورد می کند و مجدد جرثقیل بالا میرود و تکرار می شود .

چکش کابلی

یا به صورت کابلی است که تک زمانه و دو زمانه است .

تک زمانه مثل حالت قبل رها می شود و به شمع هم برخورد می کند اما دو زمانه زمانی که به شمع برخورد می‌کند یک تقویت کننده هیدرولیکی هم دارد که ضربه محکم تری وارد می‌کند که در زمین های سخت از این روش استفاده می شود .

حال این تقویت اگر به صورت انفجاری باشد یک چیزی شبیه به مکانیزم تفنگ می شود منتها با دیزل که میشود چکش دیزلی با تقویت انفجاری .

زمانی که چکش به شمع برخورد می کند از این مکانیزم هیدرولیکی برای افزایش قدرت استفاده می کند .

چکش لرزان هم برای خاک های مرطوب و غیر چسبنده مناسب است. مثلاً در خاک‌های ماسه‌ای شمع خیلی سخت در زمین می رود و ویبراسیون باعث می شود ذرات ماسه جا باز کنند و شمع داخل برود . حال چکش لرزان در ماسه خشک مکانیسم معکوس دارد و اگر مرطوب باشد راه تر جا باز می کند .

تک زمانه
دوزمانه با تقویت هیدرولیکی

چکش دیزلی با تقویت انفجاری

چکش لرزان

مناسب برای خاک‌های مرطوب و غیرچسبنده
نامناسب برای خاک‌های ماسه‌ای خشک و خاک‌های چسبنده

شمع درجا

شمع درجا برای خاک های رسی خشک مناسب است .

شمع درجا حالتی است که شمع را در زمین به صورت درجا اجرا می‌کنند یعنی حفره آن را حفر می کنیم بعد آرماتور آن را می گذاریم و بتن ریزی میکنیم .

مشکلی که در شمع درجا وجود دارد بحث حفاری است . شما زمانی که می خواهید یک شمع را به صورت درجا در زمین کار کنید باید حفاری انجام دهید و مته حفاری زمانی که از چاه خارج می شود این دیواره شروع به ریزش می کند برای جلوگیری از ریزش دو روش وجود دارد .

استفاده از کیسینگ کیسینگ ها حلقه های بتنی هستند که این حلقه ها در چاه قرار می گیرند و تا یک عمقی که حفاری شد این حلقه ها را در زمین فرو می‌کنند و این مته پایین کار می کند و حلقه ها را قرار می دهند و این باعث می شود بعد از خروج مته دیوار ریزش نکند .

روش دوم استفاده از دوغاب یعنی بعد از انجام حغاری دوغاب تزریق شده و بعد مته خارج می شود . گل حفاری به دلیل وارد کردن فشار هیدرواستاتیک به دیواره اجازه ریزش را نمی دهد .

مناسب برای خاک‌های رسی خشک
در خاک‌هایی که دیواره ریزشی دارند بایستی با استفاده از کیسینگ یا دوغاب بنتونیت جلوی ریزش گرفته شود

چالش‌های اجرای شمع درجا

حفاری چاه شمع
جلوگیری از ریزش دیواره‌های شمع
خروج خاک از چاه

روش‌های اجرای شمع درجا

مته بال‌دار ممتد

در عمق های زیاد خود مته حفاری مثل مته های مارپیچی که همانند یک بال دو طرف قرار می‌گیرد همان آسانسور خاک را بالا میبرد .

مته ها به صورت قطعات جدا از هم هستند و هرچه مته داخل می رود دوباره یک مته دیگر اضافه می‌کنند که طول آن افزایش پیدا کند .

داخل مته خالی است و یک لوله قرار دارد برای ریختن بنتونیت و بتن استفاده می‌شود . زمانی که کار حفاری مته تمام شد و زمانی که می خواهید مته را خارج کنید بتن را هم تزریق میکنید . بعد تزریق بتن قفسه آرماتور را در چاه فرو می کنند. حالت گفته شده حالت مته بالدار ممتد است .

حفاری توسط مته و استخراج خاک توسط باله‌ها
تزریق بتن یا گروت توسط مجرای داخلی مته
قرار دادن قفسه آرماتور در چاه

مته و کیسینگ

حفاری انجام می شود و حلقه ها وارد می شوند و حلقه ها می توانند ممتد یا منقطع باشند . یعنی مته بعدی را که می‌خواهند اضافه کنند کیسینگ آن را هم اضافه می‌کنند و بعد مته را پایین می فرستند . همزمان با حفاری کیسینگ هم گذاشته می‌شود و در انتها آرماتور می گذارند و بتن ریزی انجام میشود . کیسینگ را می توان خارج کرد یا می توان خارج نکرد .

حال این روش چه مزیتی نسبت به قبلی دارد ؟

فرو کردن آرماتور در بتن بسیار مشکل است به خصوص اگر ریزش دیواره هم داشته باشید آرماتور تا یک جایی می‌رود و از یک جایی به بعد گیر می کند . کار مشکلی است و هزینه کمتری دارد اما کیسینگ این مشکل را دیگر ندارد.

مزیت مته به کیسینگ ؟

در حالت اول وقتی بتن ریزی انجام می دهیم بتن یک مقداری در خاک نفوذ می کند و لبه های آن نا صاف است و اصطکاک بیشتری را ایجاد می‌کند. همچنین با خاک اطرافش یکپارچگی بهتری دارد به خاطر نفوذ شیره بتن در خاک باعث می‌شود سطح مقطع مان بیشتر از شمعی که طراحی کردیم بشود.

قرار دادن کیسینگ همزمان با حفاری
قرار دادن آرماتور
بتن ریزی
خارج کردن کیسینگ

ژئو پایر

ارزانترین روش اجرا است و بعضی ها جز شمع محسوب نمی کنند . می گوید شما حفاری را تا عمق مورد نظر انجام بده و بعد دیگر بتن ریزی نکن و جای آن سنگ کنید . و اون بسته سختی که دنبالش بودیم را خودمان ایجاد میکنیم . سنگ ریزی هم مقاومت اتکائی دارد و هم مقاومت اصطکاکی دارد. در هر مرحله‌ای که سنگ چینی انجام می‌شود چکش هیدرولیکی این را می کوبد که سنگ ها در دیواره خاک هم نفوذ کنند و مقاومت اصطکاکی آن افزایش یابد .