مطالعات ژئوتکنیکی

مطالعات ژئوتکنیکی

ابتدای تمامی پروژه های عمرانی با مطالعات ژئوتکنیکی است زیرا شناسایی ویژگی های مکانیکی و شیمیایی خاک محل احداث اهمیت بسیاری در طراحی و پیش بینی تمهیدات لازم دارد. حذف مطالعات ژئوتکنیکی باعث می شود در ادامه هزینه های بسیار بیشتری به ما تحمیل شود.

درطراحي ژئوتكنيكي هر سازه، مقاومت مجاز، ضرايب نشست، ضريب ارتجاعي و پارامترهاي مقاومتي و لرزه اي خاك تعيين كننده بوده ودستيابي به اطلاعات مزبور جز با بررسي هاي دقيق ژئوتكنيكي امكانپذيرنيست. وجود تغييرات در خصوصيات لايه هاي زمين، وجود حفرات، وجود خاك دستي و مسائلي از اين قبيل باعث ميشودكه قضاوت مهندسي در خصوص لايه هاي تحت الارضي با احتياط بيشتري صورت گيرد. از اين رو ساختگاه بايد بطور دقيق ازنظر مقاومت و نشست مورد بررسي قرار گيرد. در اين ميان تشخيص و قضاوت مهندسي در مورد خواص خاك نقش بسزايي در مطالعات خواهد داشت. بدين ترتيب قبل از طراحي سازه، يك برنامه كاوش صحرايي و آزمايشگاهي و در چارچوب فني و مالي با صرف حداقل هزينه اي بين ۱ – ۱/ ۰ درصد هزينه كل احداث، تهيه ميگردد كه انجام اين مطالعات نقش عمده اي درفرآيند مقاوم سازي ساختمان ها ايفاخواهدنمود.

مطالعات ژئوتکنیکی

اهداف مطالعات ژئوتکنیکی

تعیین نوع و ضخامت لایه های تحت الارض

بررسی خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی لایه ها

تعییت ظرفیت باربری و نشست پی ها

تعیین ضرایب فشارهای جانبی خاک در حالات مختلف

ارائه ضرایب زلزله و تعیین نوع زمین

تعیین نوع سیمان مصرفی در بتن فونداسیون ها

تعیین عمق نفوذ یخ بندان

ارائه توصیه ها و پیشنهادات فنی و اجرایی

بديهي است حجم اين مطالعات و هزينه آن براساس مساحت زيربنا وتعدادطبقات واهميت پروژه متغيير خواهد بود. لازم به يادآوري است كه عدم انجام مطالعات ژئوتكنيك و احداث سازه بر روي زمين، بدون شناخت لايه هاي تحت الارضي، ممكن است عواقب ناگوار و زيان باري را به همراه داشته باشد. براي بهبود كيفي و كمي مطالعات، نظارت بيشتربرمطالعات اوليه خصوصا درمورد طرح هاي بزرگ بوسيله نهادهاي نظارتي، ارزيابي افراد واجد شرايط به عنوان مهندسين ژئوتكنيك حرفه اي و نيز زمين شناسان مهندسي و نيز كنترل مستمر بر فعاليت شركتهاي آزمايشگاهي را ميتوان پيشنهاد نمود.

الزامات انجام مطالعات ژئوتكنيكي:

نيازهاي طراحي:

در تعيين نيازهاي طراحي ژئوتكنيكي بايد، با توجه به رده هاي ژئوتكنيكي، عوامل زير در نظر گرفته شوند: –

–  شرايط بارگذاری

 نوع و ابعاد اجراي آن شرايط همسايگي سازه شامل: سازه هاي مجاور، وضعيت ترافيك، تأسيسات شهري، فضاي سبز، وجود مواد شيميايي خطرناك و غيره

–  شرايط زمين

–  وضعيت آبهاي زيرزميني

 اثرات محيطي شامل: هيدرولوژي، آب هاي سطحي، فرو نشست و تغييرات فصلي رطوبت

– لرزه خيزي منطقه

– شرايط نياز به انجام عمليات شناسايي

درصورتي كه تمام شرايط زير برقرار باشد نياز به انجام عمليات گمانه زني نمي باشد و جمع آوري اطلاعات وبازديد محلي كفايت مي كند.

 داده هاي كافي از محدوده محل مورد نظر و زمين هاي باسازند زمين شناسي مشابه در دسترس باشد

 ساختمان مورد نظر با اهميت كم يا با اهميت متوسط باحداكثر ۴ طبقه باشد

 ساختمان مورد نظر با سطح اشغال كمتر از ۳۰۰ متر مربع باشد.

 درطراحي و اجراي ساختمان نياز به گودبرداري به ميزان كمتر از ۲ متر باشد

 تعداد ساختمان ها زياد ( بيش از سه ساختمان مشابه و نزديك به يكديگرمانند شهرك ها، پروژه ها انبوه سازي و غيره ) نباشد.

  – نوع زمين طبق مبحث ششم مقررات ملي ساختمان ( استاندارد ۲۸۰۰ ( نوع ۱ و ۲ نباشد

 هيچكدام از شرايط ذيل نيز وجود نداشته باشد:

الف ) احتمال مواجه شدن با خاك دستي در محل ساخت

ب ) احتمال مواجه شدن با خاك هاي مسئله دار ( مانند خاكهاي متورم شونده، خاك هاي با پتانسيل روانگرايي و خاك هاي رمبنده )

ج ) سازه اي در مجاور محل مورد نظر كه احتمال خسارت به آن وجود دارد

د ) محل مورد نظر در منطقه خردشده گسل اصلي واقع شده باشد.

ه ) مناطقي با سطح آب زيرزميني بالا ( براساس بررسي هاي محلي ) – حتي يكي از شرايط مندرج در بند فوق برقرار نباشد، آنگاه لازم است شناسايي هايي ژئوتكنيكي در محل مورد نظر انجام گيرد. 

بررسيهاي طراحي:

 در بررسي هاي طراحي براي شناسايي زمين معمولاً تركيبي از روشها شامل: گمانه زني، آزمايش هاي برجا، آزمايش هاي آزمايشگاهي در برنامه كار قرار داده مي شود. در انتخاب زمين، به ابعاد و مشخصات پروژه توجه شود و نيز بررسي هاي طراحي بايد حداقل تا عمق سازندهايي كه بر طرح تأثيرگذارند انجام شود، به طوري كه سازندهاي پائينتر تأثير قابل ملاحظهاي بر رفتار سازه نداشته باشند.

تعداد، عمق و الزامات حفر گمانه ها

فاصله بين گمانه ها و عمق گمانه بايد براساس اطلاعات زمين شناسي محل، شرايط زمين، ابعاد ساختگاه و نوع سازه تعيين شود.

مطالعات ژئوتکنیکی

 عمق گمانه

الف براي پي هاي مجزا و نواري، ژرفاي گمانه ها از تراز زير پي معمولاً بايد بين يك و نيم تا سه برابر عرض پي در نظر گرفته شود. معمولاً براي ارزيابي شرايط نشست و مشكلات احتمالي آب زيرزميني، در تعدادي از نقاط اكتشافي بايد ژرفاي بيشتري مورد بررسي قرار گيرد. در ساختمان هاي با عرض بيشتر از ۳۰ متر، ژرفاي گمانهها را ميتوان با نظر مهندس ژئوتكنيك كمتر از عرض ساختمان منظور كرد

ب براي پي هاي گسترده، ژرفاي گمانه ها از تراز پي بايد برابر با بيشترين مقدار بين دو ژرفاي معادل حباب گسترش ۱۰ %تنش كل زير پي و ۲۰ %تنش مؤثر بر جاي خاك، انتخاب كرد. اين ژرفا معمولاً برابر يا بزرگتر از عرض پي مي باشد مگر آنكه در حين اكتشاف در ژرفاي كوچكتري به بستر سنگي برخورد شود. در صورت برخورد به سنگ، حداقل عمق حفاري در سنگ ۳ متر مي باشد.

 پ براي تشخيص نوع خاك به لحاظ ملاحظات مربوط به بارهاي زلزله براساس ضوابط مبحث ششم مقررات، بن ۶۷۲۵۵ ،ژرفاي يك گمانه از تراز زير پي بايد حداقل ۳۰ متر و يا تراز سنگ بستر، هر كدام كمتر است، انتخاب شود.

 ت براي مناطق پر شده يا محوطه ها، ژرفاي كاوش بايد حداقل كليه لايه هاي خاك هاي تراكم پذير را كه تأثير آنها زير آن در نشست از ۱۰ درصد نشست كلي كمتر باشد، بديهي است در صورت وجود خاك دستي ضخامت در نشست قابل ملاحظه است، دربرگيرد. ژرفاي كاوش در اين موارد بايد به ترازي محدود گردد كه تأثير لايه هاي خاك دستي بايد به حداقل ژرفاي مورد نياز گمانه ها اضافه گردد

ث در مواردي كه بنا مستقيماً بر روي سنگ بستر قرار مي گيرد، حفاري در سنگ با عمق حداقل ۳ متر و يا نمونه گيري از آن به منظور تعيين ژرفا و كيفيت سنگ ضروري است.

ج براي پي هاي عميق يا شمعها، گمانه ها و آزمايش هاي نفوذ و يا ساير آزمايش هاي برجا بايد تا ژرفايي صورت گيرد كه شناسايي شرايط زمين با اطمينان كافي حاصل شود. اين ژرفا معمولاً تا چهار برابر قطر شمع ۴D براي نوك شمع در نظر گرفته مي شود. در گروه شمعها، ژرفاي كاوش بايد به اندازه ضلع كوچك مستطيل محيط بر گروه شمع پائينتر از تراز نوك شمع ها گسترش داده شود.

الزامات حفر گمانه ها

حداقل تعداد گمانه هاي لازم

مطالعات ژئوتکنیکی

 

حداقل عمق لازم گمانه ها

الف براي ساختمانهاي ۴ و ۵ سقف سازه اي يك گمانه با عمق حداقل۱۰ متر از تراز زير فونداسيون و گمانه هاي ديگر به عمق نفوذ يك متر در خاك بكر

 ب براي ساختمانهاي ۶ سقف سازه اي يك گمانه با عمق حداقل عمق ۱۵ متر از تراز زير فونداسيون و گمانه هاي ديگر به عمق نفوذ يك متر در خاك بكر

ج براي ساختمانهاي ۷ و ۸ و ۹ سقف سازه اي يك گمانه با عمق حداقل ۲۰ متر از تراز زير فونداسيون و گمانه هاي ديگر به عمق نفوذ يك متر در خاك بكر

د براي ساختمانهاي ۱۰ سقف سازه اي و بالاتر يك گمانه با عمق حداقل حاصله از رابطه زیر استفاده میشود:

D=2B

عمق حفاري از تراز زير فونداسيون =

 عرض پي =

تبصره مهم: براي گزارش نوع زمين دو حداقل عمق حفاري گمانه ۱۵ مترحداقل به همراه نتايج SPT براي ساختمانهاي زير ۷ سقف سازه اي از تراز زير پي الزامي است.

 تبصره مهم: كليه عمليات حفاري مي بايست زير نظر مشاور و يا شركت حقوقي ژئوتكنيك ذيصلاح و بعداز اخذ كليه مجوزهاي لازم از مراجع ذيصلاح و با قبول مسئوليت مشاور و يا شركت حقوقي ژئوتكنيك صورت پذيرد.

حداقل هاي آزمايشات :

­ –  در صورت يكنواخت بودن لايه ها به ازاي هر ۵ متر عمق حفاري يك سري آزمايشات شناسايي خاك (دانه بندی هیرومتری حدود اتربرگ درصد رطوبت تعیین دانسیته) و یک سری آزمایشات مقاومتی (برش مستقیم تک محوری و سه محوری)

در صورت تغيير وضعيت لايه ها لازم است از هر لايه آزمايش شناسايي و مقاومتي انجام گيرد

– در صورت وجود لايه ريزدانه و بالا بودن سطح آب انجام آزمايش تحكيم براي آن لايه خاك ضروريست

– آزمایش دانسیته به روش دانسیته در محل توسط تکنسین یا مقنی دردرون گاه برای خاک های دانه ای و در آزمایشگاه به روش موم گیری برای خاک های ریزدانه انجام می شود.