پایه های سنگ دانه ای متراکم (2)
عملکرد
سختی به خوبی معین ساخت RAP توسط موارد زیر اثبات شده است:
1- آزمایش های بارگذاری تمام مقیاس در کارگاه.
2- نظم و سادگی ساخت. هر سطل سنگ RAP حجمی معادل دو بالاروی 30 سانتی متراکم شده را دربر می گیرد، که لایه های متراکم شده ی نازک برای هر پایه ی نصب شده را تضمین می نماید.
3- گمانه زنی حجیم در هر پایه ی RAP برای مهندس ژئوتکنیک مسجل می سازد که محوطه ی ساخت و ساز توسط گمانه های شناسایی خاک به خوبی معرفی شده است.
سختی معین
آزمایش های بار مدول تمام مقیاس سختی فنری اتکایی (مدول سختی، kg) اجزای RAP را اندازه گیری می کنند. آزمایش مدول RAP به طور کلی طبق استاندارد آزمایش بارگذاری شمع (ASTM D 1143) با اصلاحاتی ویژه ی اجرای RAP انجام می شود. از آن جا که پارامترهای طراحی بر مبنای داده های آزمایش بار تمام مقیاس هستند، رفتار RAP به خوبی شناخته شده است، و این داده ها می تواند برای طراحی آیین نامه ای متعارف یا طراحی مبتنی بر عملکرد مورد استفاده قرار گیرد.
پایه ی فشاری تا 120 درصد تنش بیشینه ی سر پایه ی RAP بارگذاری می شود تا مدول سختی اندازه گیری شود و آن گاه تا 200 درصد بارگذاری می گردد تا ظرفیت باربری نهایی کاذب به دست آید (شکست در منحنی بار - تغییر شکل) مجموعه ی ابزار آزمایش را در شکل 7 ملاحظه نمائید. اگرچه هدف از آزمایش مدول، تأیید مدول سختی مورد استفاده در محاسبات طراحی است، در عین حال این آزمایش ها می توانند بینش مفیدی نیز در رابطه با چگونگی رفتار RAP در خاک های مختلف به دست دهند. در حین آزمایش بارگذای، سازوکار گسیختگی RAP می تواند از طریق شاخص های نصب شده در ته و وسط پایه ی RAP شناسایی شود. همان طور که در شکل 8 نشان داده شده است، میله ی شاخص تنها اندکی جابه جا شده است در حالی که تغییر شکل های سر پایه ی RAP در تنش بیش از MPa 175 (ksf 25) افزایش یافته اند. این رفتار دلالت بر آن دارد که در تنش های بالاتر RAP به جای فرو رفتن اندکی به سمت بیرون متورم می گردد (Majchrzak et al 2004). تحدب جانبی رفتار ارجح و «حالت حدی» مناسبی برای RAP است.
عملکرد برکنش
شکل 7: عکس مجموعه ابزار آزمایش مدول RAP
شکل 8: نمودار نتایج آزمایش مدول، محوطه ی کارگاهی دوبلین
شکل 9: خواص میلگرد تمام آجدار برجسته
شکل 10: نمونه پایه ی برکنشی RAP
نتايج آزمايش برکنش در شکل 11، تکرارپذيري در سختي پايه ي برکنشي RAP درخاک نرم بعد از دو نوبت اعمال بار دوره اي چند گانه را نشان مي دهد. اين آزمايش بر مبناي ASTM D389 روش آزمايش بار برکنش سريع شمع، در محوطه پروژه اي در ساکرامنتو (Sacramento) انجام شده است. شرايط خاک در اين ناحيه لاي ماسه دار سست و رس لاي دار نرم بوده و تا عمق 5/5 متري قرار دارد. مقادير Nحاصل از آزمايش SPT در خاک لاي ماسه دار و رس لاي دار بين 2 تا 5 ضربه قرار دارند.
براي اين آزمايش خاص، پايه ي برکنشي گسيخته نشد. اما به طور کلي رفتار پايه برکنشي RAP مشابه رفتار پايه بتني رنگي شکل است، از اين حيث که تحت برکنش با رسيدن ظرفيت باربري پايه ي به حد نهايي، تدريجاً شروع به بالا آوردن توده ي بزرگي از خاک در سطح زمين مي نمايد(Lawton 2000). توجه نماييد که تقريباً 50 درصد تغيير شکل کشسان اوليه مربوط به کشيدگي فولاد بوده که به خوبي در محدوده کشساني بيان شده مي باشد. اين پايه ي برکنشي بعد از اعمال دوره هاي تنش چندگانه، سختي خطي را حفظ مي نمايد.
کنترل نشست
طراحي و اجراي RAP منجر به کاهش در هر دو نشست کل و نشست تفاضلي مي گردد (Majchrzak et al 2004). در اين جا اين سوال مطرح مي شود که کنترل نشست تفاضلي تا چه اندازه مهم است؟ يک قاب خمشي دو دهانه ي بتني را در نظر بگيريد که ستون مياني آن داراي جا به جايي تفاضلي 75/. اينچ باشد. براي طول دهانه و ابعاد متعارف، اين نشست به تنهايي مي تواند لنگري معادل 40 درصد لنگر تسليم را در تيرها ايجاد نمايد.
براي ارائه ي تصوير درازمدتي از کنترل نشست RAP، دو سازه ي 6 طبقه، يکي در ساکرامنتو (Sacramento) و ديگري در دوبلين (Dublin)، به لحاظ نشست مورد پايش قرار گرفته و در مرجع ماجکرزاک و همکاران (Majchrzak et al 2004) به تفصيل مورد بحث قرار گرفته اند. اين مطالعات موردي کنترل نشست يکنواخت خوبي در نواحي با خاک رس نرم تا سفت، امتداد يافته تا عمق 9 متري، را نشان مي دهند. در هر دو پروژه، پي هاي RAP با عمق متوسط 7/6 تا 9 متري جايگزين شمع هاي کوبشي 23 و 20 متري گرديدند.
در ساکرامنتو موقعيت 12 ستون با بار مرده وزني به اضافه بارهاي زنده در دامنه ي 138 تا kips 835 و دو ديوار برشي بار مرده وزني به اضافه بارهاي زنده در دامنه ي 1200 تا kips 1800 در هر سمت، مورد زمان در شکل 12 رسم شده اند. نتايج دلالت بر آن دارند که نشست هاي پي در دامنه 0/3 تا 0/8 اينچ قرار داشتند که هم مقدار بيشينه و هم متوسط اين مقادير کوچک تر از برآوردهاي طراحي هستند (Majchrzak et al 2004).
در پروژه دوبلين، چندين مکان از جمله ستون هاي وزني با بارهاي مرده و زنده در دامنه kips 3000 تا kips600 و دال هاي قاب خمشي با مجموع بار مرده و زنده 1500 kips تا 2300kips مورد اندازه گيري قرار گرفتند. نتايج قرائت هاي نشست شالوده برا ي محوطه دوبلين در برابر زمان در شکل 12 رسم گرديده اند. نشست هاي واقعي ثبت شده در دامنه 0/3 تا 0/7 اينچ قرار داشتند که هم مقدار بيشينه و هم مقدار متوسط کوچک تر از برآوردهاي طراحي هستند.
قابليت اجرا
از منظر پيمانکار، ساخت پي هاي سطحي متعارف بر روي خاک بهبود يافته بسيار ساده از اجراي کلاهک هاي شمع يا کلاهک هاي پايه و تيرهاي ترازبندي است. در برخي موارد که جايگزين خاکبرداري حجيم با خاکريز مهندسي توصيه شده است ولي ته گود برداري پايين تر يا نزديک به سفره ی آب زیرزمینی است، استفاده از RAP می تواند نیاز به سیستم پیچیده بی آب سازی گود را مرتفع سازد.
به خاطر بهبود ایجاد شده در خاک های اصلاح نیافته یا خاکریزهای کنترل نشده ی مجاور، اجزای RAP همیشه نیازی به ادامه تا لایه ی خاک محکم عمیق ندارند، که این ویژگی مشکلات اجرا را کاهش می دهد. همچنین این جنبه، سیستم RAP را برای اکثر شرایط خاک نرم و ضعیف قابل کاربرد می سازد. سرعت ساخت برای سیستم اجزای RAP حدود 40 تا 60 پایه در روز است. این سرعت اجرای RAP، به پیمانکاران اجازه می دهد تا خاکبرداری شالوده را زودتر شروع نموده، بنای سازه ی فوقانی را زودتر از پروژه ی پی عمیق به سمت بالای تراز زمین گسترش دهند.
از دیدگاه کنترل کیفیت، شبیه هر سیستم پی دیگری، اجرای RAP توسط مهندس ژئوتکنیک تحت نظارت و آزمایش قرار می گیرد. علاوه بر انجام آزمایش های بارگذاری مدول، نفوذ مخروط دینامیکی روزانه و پایدارسازی تحتانی، نماینده ی کارگاهی مهندس ژئوتکنیک عمق های حفاری، متوسط زمان سنبه کوبی هر لایه، انواع سنگدانه ها در هر لایه، ضخامت متوسط لایه، و شرایط غیرمعمول پیش آمده در شافت های حفاری شده را نیز ثبت می نماید. کنترل کیفیت RAP مشابه کنترل کیفیت پایه ی بتنی است، با این تفاوت که اجرای RAP، انجام یک آزمایش بارگذاری تمام مقیاس در هر کار را دربر می گیرد. بحث مشروحی از آزمایش کنترل کیفیت برای اجرای پایه ی سنگ دانه ای سنبه کوب شده را می توان در گزارش ICBOES ملاحظه نمود (2002).
به خاطر اندازه ی نسبی ابزار اجرای RAP، محدودیت های بالاسری به ندرت پیش می آید. همچنین محوطه های فشرده ی شهری در نواحی مسکونی توجه خود را به این روش فنی معطوف کرده اند زیرا اجرای RAP سرو صدای کمی ایجاد می نماید. برخلاف ارتعاشات پیوسته ی ناشی از کوبش شمع های بتنی، ارتعاشات ناشی از اجرای RAP در فاصله ی 3 متری از کوبه، کم تر از 2/0 اینچ در ثانیه هستند. برای محوطه های شهری خط صفر زمین، اجزای RAP می توانند در فاصله 5/5 متری از ساختمان موجود اجرا شوند، که این ویژگی نیاز به شمع زنی را مرتفع می سازد.
تنها محدودیت اجرای RAP عمق آن است. به همین دلیل اجرای RAP به عنوان «سیستم پی متوسط» نام گرفته است. رس های نرم تحکیم عادی یافته یا خاک های با قابلیت روانگرایی که تا بیش از عمق 10 متری گسترش یافته اند، به واسطه ی محدودیت های ابزاری نمی توانند با این روش اصلاح شوند. در حالی که عمیق ترین اجزای RAP اجرا شده در حدود 11 متری زیر سطح زمین هستند، 90 درصد اجزای RAP دارای عمق کم تر از 6 متر هستند. به علاوه، برای شرایط خاک حفره دار و نیز ماسه ای سست، گاهی از غلاف موقت (CASING) استفاده می گردد.
ساخت و ساز سبز
جنبه های اقتصادی
سه پروژه ی مختلف اجرا شده در دانشگاه کالیفرنیا در داویس (UCD) را در نظر بگیرید: 1) برای سازه ی پارکینگ ورودی غربی، پایه های سنگدانه کوبیده شده گزینه ی پیشنهادی در برابر پایه های بتنی زنگی شکل بود. طبق اسناد دولتی، صرفه جویی گزارش شده برای اجرای RAP نسبت به پایه های بتنی زنگی شکل 950000 دلار بود. 2) در ساختمان دانشکده ی علوم ریاضی، اجرای RAP با صرفه جویی گزارش شده 145000 دلار در برابر پایه های بتنی مستقیم رقابت نمود. 3) در مرکز فعالیت های تفریحی، شرکت مک کارثی (McCarthy) با به کارگیری اجزای RAP به جای پیشنهاد خاکبرداری حجیم 3 متری و جایگزینی آن با خاکریز مهندسی، یک صرفه جویی 300000 دلاری را گزارش نمودند.
نتیجه گیری ها
اجرای RAP در آمریکا و به ویژه در کالیفرنیا به طور موفقی در حال گسترش به پروژه های بخش دولتی و خصوصی می باشد. مطالعات موردی پیش گفته نشان می دهند که استفاده از تسلیح خاک RAP به عنوان بستر اتکای شالوده های با ظرفیت باربری بالا در چارچوب استانداردهای اجرایی یکسان با سیستم های پی عمیق و سطحی متعارف، منجر به صرفه جویی در هزینه ها می گردد. در نهایت توصیه می گردد این تجربه ی موفق در بهبود خواص مهندسی زمین برای مقاصد پی سازی در ایران نیز مورد توجه و استفاده قرار گیرد.
تشکر و قدردانی: بر خورد لازم می دانم از آقای مهندس نعیمی فر برای همکاری در جست و جوی منابع و تهیه ی پیش نویس پیشینه ی موضوع قدردانی نمایم.
پي‌نوشت‌ها:
2- Farrell Design-Build Companies, Inc. (January 1999). Block 224 Parking Garage Geopier Design and Constraction Recommendations. Acramento, CA.
3- Farrell lDesign-Build Companies, Inc. (June 2000). Corporate Headquarters Geopier Design-BuildSubmittal. Dublin. CA.
4- Farrell T. et al. "Rammed Aggregate Pier Design and Construction in California-Performance. Constructability, and Economics" SEACO 2004 CONVENTION PROCEEDINGS, pp. 147-154.
5- Fox, N.S. and Cowell, M.J. (1998). Geopier Foundation and Soil Reinforcement Manual. Geopier Foundation Company, Inc., Scottsdale, Arizona.
6- Hall, K.M., Wissmann, K.J., Caskey, J.M., and FitzPatrick, B.T. (2002). "Soil reinforcement used to arrest bearing capacity failure at a steel mill." Proceedings, 4th International Conference on Ground Improvement. Kuala Lumpur, Malaysia, 26-28 March.
7- Handy, R.L. (2001). "Does Lateral Stress Really Influence Settlement." ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Vol. 127, No.7.
8- Handy R.L. and White D.J. "Stress Zone Near Displacement Piers: I. Plastic and Liquefied Behavior" J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.132, No.1,2006pp.54-62.
9- Handy R.L. & White D.J., "Stress Zone Near Displacement Piers: IIRadial Cracking and Wedging." J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 132, No.1, 2006, pp.63-71.
10- ICBOES Report ER-5916 (Reissued September 1, 2002) ICBO Evaluation Service, Inc. 5360 Workman Mill Road, Whittier, California 90601. www.icboes. Org.
11- Lawton, E.C., and Fox, N.S. (1994). "Settlement of structures supported on marginal or inadequate soils stiffened with short aggregate piers." Vertical and Horizontal Deformations of Foundations and Embankments, A.T. Yeung and G.Y. Fello (Editors), American Society of Civil Engineers, 2, 962-74.
12- Lawton, E.C., Fox, N.S. Fox, and Handy, R.L. (1994). "Control of settlement and uplift of structures using short aggregate piers. "In-Situ Georgia. 121-132.
13- Lawton, E.C. (2000). "Performance of Geopier Foundations During Simulated Seismic Tests at South Temple Bridge on Interstate 15. Salt Lake City, Utah. "Final Reort, No. UUCVEEN 00-03, University of Utah. Salt Lake City Utah.
14- Lillis C. etal. 2004."Compression and Uplift of Rammed Aggregate Piers in Clay." GeoSupport Conference, January 29-31.
15- Majchrzak, M., Lew, M., Sorensen, K., and Farrell, T. (2004). "Settlement of Shallow Foundations Constructed lOver Reinforced Soil: Design Estimates vs. Measurements."Proceedings, Fifth International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, April 13-17, 2004, New York, NY.
16- Minks, A.G., Wissmann, K.J., Caskey, J.M., and Pando, M.A. (2001). "Distribution of Stresses and Settlements Below Floor Slabs Supported by Rammed Aggregate Pirs." Proceedings, 54th Canadian Geotechnical Conference. Calgary, Alberta. September 16-19.
17- Pham T.V. and. White D.J. "Support Mechanisms of Rammed Aggregate Piers. I: Experimental Results", J. Geotechnical and Geoenviromental Engineering, Vol.133, No. 12, 2007, pp.1512-1521.
18- Pham T. V. and. White D. J. “Sopport Mechanisms of Rammed Aggregate Piers. I: Experimental Results” ,J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.133,No.12,2007,pp.1503-1511.
19- Pitt, J.M, White, D,.J., Gaul, A., Hoevelkamp, K. (2003). Highway Applications For Rammed Aggregate Piers In lowa Soils. Lowa DOT Project TR - 443.
20- Shields C.S. et al. 2004. "Modulus Load Test Results for Rammed Aggregate Piers in Granular Soils." GeoSupport Conference, January 29-31.
21- USGBC (2004) DPR-ABD Office Building, LEED#0480.LEED Version 2 Certification Level: Silver.
http://www.usgbc.org/Docs/Certified Projects / Cert¬_Reg IIS. pdf.
22- White D.L. et al. 2001. "Lateral Earth Pressure lInduced by Rammed Aggregate Piers." Proceedings, 53rd Annual Canadian Geotechnical Conference, Montreal, Canada.
23- Wissmann, K.L. (1999). "Technical Bulletin No. 2_Bearing Capacity of Geopier – Supported lFoundation Systems." Geopier Foundation Company, Inc. Blacksburg, VA.
24- Wissmann, K.L., and Fitzpatrick, B.T., and lLawton, E.C. (2001). "Technical Bulletin NO. 3- Geopier Uplift Resistance." Geopier Foundation Company, Inc. Blacksburg, VA.
25- Wissmann, K.L., and Fitzpatrick, B.T., and Lawton, E.C. (2001). "Technical Bulletin No. 4- Geopier Lateral Resistance." Geopier Foundation Company, Inc. Blacksburg, VA.
/ج
