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.

درطراحی ژئوتکنیکی هر سازه، مقاومت مجاز، ضرایب نشست، ضریب ارتجاعی و پارامترهای مقاومتی و لرزه ای خاک تعیین کننده بوده ودستیابی به اطلاعات مزبور جز با بررسی های دقیق ژئوتکنیکی امکانپذیرنیست. وجود تغییرات در خصوصیات لایه های زمین، وجود حفرات، وجود خاک دستی و مسائلی از این قبیل باعث میشودکه قضاوت مهندسی در خصوص لایه های تحت الارضی با احتیاط بیشتری صورت گیرد. از این رو ساختگاه باید بطور دقیق ازنظر مقاومت و نشست مورد بررسی قرار گیرد. در این میان تشخیص و قضاوت مهندسی در مورد خواص خاک نقش بسزایی در مطالعات خواهد داشت. بدین ترتیب قبل از طراحی سازه، یک برنامه کاوش صحرایی و آزمایشگاهی و در چارچوب فنی و مالی با صرف حداقل هزینه ای بین ۱ – ۱/ ۰ درصد هزینه کل احداث، تهیه میگردد که انجام این مطالعات نقش عمده ای درفرآیند مقاوم سازی ساختمان ها ایفاخواهدنمود.

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

بدیهی است حجم این مطالعات و هزینه آن براساس مساحت زیربنا وتعدادطبقات واهمیت پروژه متغییر خواهد بود. لازم به یادآوری است که عدم انجام مطالعات ژئوتکنیک و احداث سازه بر روی زمین، بدون شناخت لایه های تحت الارضی، ممکن است عواقب ناگوار و زیان باری را به همراه داشته باشد. برای بهبود کیفی و کمی مطالعات، نظارت بیشتربرمطالعات اولیه خصوصا درمورد طرح های بزرگ بوسیله نهادهای نظارتی، ارزیابی افراد واجد شرایط به عنوان مهندسین ژئوتکنیک حرفه ای و نیز زمین شناسان مهندسی و نیز کنترل مستمر بر فعالیت شرکتهای آزمایشگاهی را میتوان پیشنهاد نمود.

الزامات انجام مطالعات ژئوتکنیکی:

نیازهای طراحی:

در تعیین نیازهای طراحی ژئوتکنیکی باید، با توجه به رده های ژئوتکنیکی، عوامل زیر در نظر گرفته شوند: –

–  شرایط بارگذاری

 نوع و ابعاد اجرای آن شرایط همسایگی سازه شامل: سازه های مجاور، وضعیت ترافیک، تأسیسات شهری، فضای سبز، وجود مواد شیمیایی خطرناک و غیره

–  شرایط زمین

–  وضعیت آبهای زیرزمینی

 اثرات محیطی شامل: هیدرولوژی، آب های سطحی، فرو نشست و تغییرات فصلی رطوبت

– لرزه خیزی منطقه

– شرایط نیاز به انجام عملیات شناسایی

درصورتی که تمام شرایط زیر برقرار باشد نیاز به انجام عملیات گمانه زنی نمی باشد و جمع آوری اطلاعات وبازدید محلی کفایت می کند.

 داده های کافی از محدوده محل مورد نظر و زمین های باسازند زمین شناسی مشابه در دسترس باشد

 ساختمان مورد نظر با اهمیت کم یا با اهمیت متوسط باحداکثر ۴ طبقه باشد

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

 درطراحی و اجرای ساختمان نیاز به گودبرداری به میزان کمتر از ۲ متر باشد

 تعداد ساختمان ها زیاد ( بیش از سه ساختمان مشابه و نزدیک به یکدیگرمانند شهرک ها، پروژه ها انبوه سازی و غیره ) نباشد.

  – نوع زمین طبق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ( استاندارد ۲۸۰۰ ( نوع ۱ و ۲ نباشد

 هیچکدام از شرایط ذیل نیز وجود نداشته باشد:

الف ) احتمال مواجه شدن با خاک دستی در محل ساخت

ب ) احتمال مواجه شدن با خاک های مسئله دار ( مانند خاکهای متورم شونده، خاک های با پتانسیل روانگرایی و خاک های رمبنده )

ج ) سازه ای در مجاور محل مورد نظر که احتمال خسارت به آن وجود دارد

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

ه ) مناطقی با سطح آب زیرزمینی بالا ( براساس بررسی های محلی ) – حتی یکی از شرایط مندرج در بند فوق برقرار نباشد، آنگاه لازم است شناسایی هایی ژئوتکنیکی در محل مورد نظر انجام گیرد. 

بررسیهای طراحی:

 در بررسی های طراحی برای شناسایی زمین معمولاً ترکیبی از روشها شامل: گمانه زنی، آزمایش های برجا، آزمایش های آزمایشگاهی در برنامه کار قرار داده می شود. در انتخاب زمین، به ابعاد و مشخصات پروژه توجه شود و نیز بررسی های طراحی باید حداقل تا عمق سازندهایی که بر طرح تأثیرگذارند انجام شود، به طوری که سازندهای پائینتر تأثیر قابل ملاحظهای بر رفتار سازه نداشته باشند.

تعداد، عمق و الزامات حفر گمانه ها

فاصله بین گمانه ها و عمق گمانه باید براساس اطلاعات زمین شناسی محل، شرایط زمین، ابعاد ساختگاه و نوع سازه تعیین شود.

مطالعات ژئوتکنیکی

 عمق گمانه

الف برای پی های مجزا و نواری، ژرفای گمانه ها از تراز زیر پی معمولاً باید بین یک و نیم تا سه برابر عرض پی در نظر گرفته شود. معمولاً برای ارزیابی شرایط نشست و مشکلات احتمالی آب زیرزمینی، در تعدادی از نقاط اکتشافی باید ژرفای بیشتری مورد بررسی قرار گیرد. در ساختمان های با عرض بیشتر از ۳۰ متر، ژرفای گمانهها را میتوان با نظر مهندس ژئوتکنیک کمتر از عرض ساختمان منظور کرد

ب برای پی های گسترده، ژرفای گمانه ها از تراز پی باید برابر با بیشترین مقدار بین دو ژرفای معادل حباب گسترش ۱۰ %تنش کل زیر پی و ۲۰ %تنش مؤثر بر جای خاک، انتخاب کرد. این ژرفا معمولاً برابر یا بزرگتر از عرض پی می باشد مگر آنکه در حین اکتشاف در ژرفای کوچکتری به بستر سنگی برخورد شود. در صورت برخورد به سنگ، حداقل عمق حفاری در سنگ ۳ متر می باشد.

 پ برای تشخیص نوع خاک به لحاظ ملاحظات مربوط به بارهای زلزله براساس ضوابط مبحث ششم مقررات، بن ۶۷۲۵۵ ،ژرفای یک گمانه از تراز زیر پی باید حداقل ۳۰ متر و یا تراز سنگ بستر، هر کدام کمتر است، انتخاب شود.

 ت برای مناطق پر شده یا محوطه ها، ژرفای کاوش باید حداقل کلیه لایه های خاک های تراکم پذیر را که تأثیر آنها زیر آن در نشست از ۱۰ درصد نشست کلی کمتر باشد، بدیهی است در صورت وجود خاک دستی ضخامت در نشست قابل ملاحظه است، دربرگیرد. ژرفای کاوش در این موارد باید به ترازی محدود گردد که تأثیر لایه های خاک دستی باید به حداقل ژرفای مورد نیاز گمانه ها اضافه گردد

ث در مواردی که بنا مستقیماً بر روی سنگ بستر قرار می گیرد، حفاری در سنگ با عمق حداقل ۳ متر و یا نمونه گیری از آن به منظور تعیین ژرفا و کیفیت سنگ ضروری است.

ج برای پی های عمیق یا شمعها، گمانه ها و آزمایش های نفوذ و یا سایر آزمایش های برجا باید تا ژرفایی صورت گیرد که شناسایی شرایط زمین با اطمینان کافی حاصل شود. این ژرفا معمولاً تا چهار برابر قطر شمع ۴D برای نوک شمع در نظر گرفته می شود. در گروه شمعها، ژرفای کاوش باید به اندازه ضلع کوچک مستطیل محیط بر گروه شمع پائینتر از تراز نوک شمع ها گسترش داده شود.

الزامات حفر گمانه ها

حداقل تعداد گمانه های لازم

مطالعات ژئوتکنیکی

 

حداقل عمق لازم گمانه ها

الف برای ساختمانهای ۴ و ۵ سقف سازه ای یک گمانه با عمق حداقل۱۰ متر از تراز زیر فونداسیون و گمانه های دیگر به عمق نفوذ یک متر در خاک بکر

 ب برای ساختمانهای ۶ سقف سازه ای یک گمانه با عمق حداقل عمق ۱۵ متر از تراز زیر فونداسیون و گمانه های دیگر به عمق نفوذ یک متر در خاک بکر

ج برای ساختمانهای ۷ و ۸ و ۹ سقف سازه ای یک گمانه با عمق حداقل ۲۰ متر از تراز زیر فونداسیون و گمانه های دیگر به عمق نفوذ یک متر در خاک بکر

د برای ساختمانهای ۱۰ سقف سازه ای و بالاتر یک گمانه با عمق حداقل حاصله از رابطه زیر استفاده میشود:

D=2B

عمق حفاری از تراز زیر فونداسیون =

 عرض پی =

تبصره مهم: برای گزارش نوع زمین دو حداقل عمق حفاری گمانه ۱۵ مترحداقل به همراه نتایج SPT برای ساختمانهای زیر ۷ سقف سازه ای از تراز زیر پی الزامی است.

 تبصره مهم: کلیه عملیات حفاری می بایست زیر نظر مشاور و یا شرکت حقوقی ژئوتکنیک ذیصلاح و بعداز اخذ کلیه مجوزهای لازم از مراجع ذیصلاح و با قبول مسئولیت مشاور و یا شرکت حقوقی ژئوتکنیک صورت پذیرد.

حداقل های آزمایشات :

­ –  در صورت یکنواخت بودن لایه ها به ازای هر ۵ متر عمق حفاری یک سری آزمایشات شناسایی خاک (دانه بندی هیرومتری حدود اتربرگ درصد رطوبت تعیین دانسیته) و یک سری آزمایشات مقاومتی (برش مستقیم تک محوری و سه محوری)

در صورت تغییر وضعیت لایه ها لازم است از هر لایه آزمایش شناسایی و مقاومتی انجام گیرد

– در صورت وجود لایه ریزدانه و بالا بودن سطح آب انجام آزمایش تحکیم برای آن لایه خاک ضروریست

– 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.