ضوابط كلی در طراحی فونداسیونها
در طراحی فونداسیون باید تنش تماسی با خاك در حد ایمن باشد و نشستها را به یك مقدار قابل قبول محدود نماید. وقوع فروریختگیها جزئی یا گسیختگی موضعی در یك عضو سازهای چندان غیر معمول نیست، بیشتر آسیبهائی كه روی میدهند شامل تركهای ناخوشایند در دیوار و كف، كفهای ناهموار (خیزها و شیبها) درها و پنجرههای چفت شده و غیره هستند. تغییر پذیری خاك همراه با بارهای پیش بینی نشده یا حركتهای بعدی خاك (نظیر زلزلهها) میتوانند به مشكلاتی از نشست منجر شوند كه مهندس، كنترل اندكی بر آنها دارد. بعبارت دیگر آخرین روشهای موجود طراحی ممكن است احتمال مشكلات نشست (ضریب خطر) را به مقدار زیادی كاهش دهند. اما عموماً یك پروژه خالی از خطر بدست نمیدهند. با این همه بطور منطقی برخی مشكلات نتیجه مستقیم طراحی ضعیف یا بیدقتیهای ساده یا عدم توانائی مهندسی هستند.
تقسیم بندی فونداسیونهای ویژه
پیهای شناور
پیهای شناور در مواردی كاربرد دارند كه لایههای نشست پذیر یا ضعیف تا عمق قابل توجهی وجود داشته و استفاده از شمع هم امكان پذیر نباشد. در آن صورت میتوان پی گسترده سازه را در عمق پایینتر مستقر کرد. در این حالت میتوان خاك حاصل از گود برداری را با بار ثقلی حاصله از روسازه معادل کرد. حتی میتوان فشار روسازه را با میزان خاك حاصل از حفاری معادل نمود. در این حالت تا آنحایی خاك برداشت میشود كه وزن خاك گود برداری شده به علاوه نیروهای بلند كننده ناشی از فشار هیدرواستاتیكی، با بار ناخالص روسازه و زیرسازه برابر شود. به عبارت دیگر فشار در كف خاك گود برداری شده تغییر نخواهد كرد. یعنی فشار خاك جابجا شده برابر فشار ایجاد شده توسط ساختمان خواهد شد و به لحاظ نظری نشستی ایجاد نخواهد شد. در این حالت به نظر میرسد كه سازه در روی خاك، همانند كشتی در روی آب شناور است. معمولاً یك متر مكعب خاك را میتوان به لحاظ وزنی معادل دو طبقه ساختمان مسكونی معمولی در هر متر مربع به حساب آورد.
به طور طبیعی این مسئله تنها یك مدل نظری است زیرا در اثر تغییر بارهای زنده و تراز آب زیر زمینی، ناهنگمنی خاك و تراكم مجدد آماس خاك حفاری شده، مقداری نشست رخ خواهد داد. برای ساختمانهای بلند استفاده از ایده شناوری نیازمند ایجاد چندین طبقه زیرزمین خواهد بود كه خود با مشكلات اجرایی بسیاری همراه است و بعضاً وزن طبقات زیرزمینی خود قابل توجه است. بنابراین استفاده از فونداسیونهای گسترده با شناوری جزئی به جای شناوری ناقص اقتصادیتر خواهد بود. همچنین از آنجایی كه فونداسیونهای گسترده شناور، در عمق خاك اجرا میشوند. مسئله تراز آب زیرزمینی باید در نظر گرفته شود مخصوصاً ترازِ آبِ زیرزمینیِ بالا در فصول بارانی. در چنین حالتی نیاز به فونداسیونهای جعبه مانند آب بند خواهد بود. در طراحی چنین فونداسیونهایی اثر غوطه وری و فشارهای جانبی باید مدنظر قرار گیرند.
پیهای سلولی و پوستهای
در این نوع از فونداسیونهای ویژه از صفحات متناوب و متقاطع جهت تامین مقاومت استفاده میشود. پیهای سلولی و پوستهای باعث صرفه جویی در احجام بتن و آرماتور مصرفی نیز میشود.
پیهای باكسی با جعبهای
در مواردی كه سازه سنگینتر و از اهمیت ویژهای برخوردار باشد، سیستم فونداسیون باید از صلبیت خمشی ویژهای برخوردار باشد. بدین ترتیب تلفیق دالهای كف و سقف و نیز دیوارهای اطراف و میانی زیر زمین، ملاحظات خاص تحلیل، طراحی سازهای و اجرای پیهای شناور را مطرح میسازد.
پیهای فولادی یا پروفیله
استفاده از پیهای فولادی در مواردی است كه بارهای حاصل از روسازه سنگین و زمین بستر سخت یا سنگی باشد و راه حلهای استفاده از بتن مسلح پاسخگوی وضعیت سیستمهای معمول پی سازی نباشد. در این صورت استفاده از پروفیلهای فولادی بال پهن در دو لایه عمود و بر روی یكدیگر با قالب بتنی درجا در اطراف به عنوان نوعی از فونداسیونهای ویژه كار گرفته میشود. در موارد بارهای كمتر و در دسترس نبودن پروفیلهای بال پهن فولادی یا پی سازی موقتی در بسترهای سست، میتوان از دو ردیف الوارهای چوبی متعامد روی هماستفاده كرد. این الوارها در بتن محصور میشوند.
پیهای منفرد چسبان
پیهای منفرد چسبان به عنوان جایگزینی برای پیهای گسترده استفاده میشود. پیهای گسترده معضلاتی از نقطه نظر تحلیل، طراحی و در نهایت اجرا را در بردارند. در صورتی كه در پیهای منفرد با فرض صلبیت آنها روشهای تحلیل و طراحی، ساده و معمول است. در اجرا نیز با وجود شبكه آرماتور فوقانی در پیهای گسترده، معضلات دسترسی برای بتن ریزی و عبور بتن از شبكه آرماتور بالایی وجود دارد. با توجه به ابعاد قابل توجه پی گسترده در سطح، مشكلاتی نیز در اجرای یكپارچه بتن مطرح است لذا برای تسهیل در طراحی و اجرا میتوان به جای پی گسترده، یك ردیف پیهای منفرد، مجاور را جایگزین آن نمود كه به صورت منقطع در قسمت بالایی و متصل در قسمت پایینی باشد. لذا به علت عدم پیوستگی در بالا، لنگری رد و بدل نشده و مانند پیهای منفرد نیازی به سفره آرماتور پایین مطرح میشود. جهت سهولت بیشتر در اجرا و ایفای نقش شناژ میتوان یك سفره مشترك حداقل آرماتور در پایین پیهای مجاور منظور نموده و سپس در صورت لزوم هر پی تك، آرماتور اضافی منظور شود. سیستم پیهای منفرد در زیر یكپارچه شده و علی رغم مجاورت و سراسری بودن پلان فونداسیون، مدل پی منفرد را میتوان در تحلیل، طراحی و اجرا به كار گرفت.
تلفیق پی گسترده و پیهای عمیق
یکی دیگر از انواع فونداسیونهای ویژه تلفیقی از پی گسترده و پیهای عمیق است. اگرچه پی گسترده در میان پیهای سطحی راه حل نسبتاً مناسبی به شمار میرود ولی ایراداتی از قبیل معضلات اجرایی و بتن ریزی یكپارچه، غیر اقتصادی بوده و در نهایت وقوع نشستهای زیاد را به دنبال دارد. به طور كلی وقوع نشست در خاك اعم از تحكیمی و آنی را میتوان تابعی از شدت بارگذاری (q) و عرض پی (B) محسوب نمود. در این صورت با توجه به عرض نسبتاً زیاد پیهای گسترده در مقایسه با پیهای نواری و منفرد و منطقه تاثیر تنش نسبتاً زیاد در زیر پی معضلات نشست در زیر پیهای گسترده ممكن است برای سازههای مهم و سنگین از محدوده مجاز نشستها تجاوز نماید. به علاوه برای پروژههای سنگین فشارهای بزرگی را به زمین وارد میسازند و معضلات باربری نیز به صورت قابل توجهی مطرح خواهد بود. در این خصوص میتوان با تلفیق پی گسترده به همراه پیهای عمیق و مشاركت در باربری، یكی از كاملترین انواع فونداسیونها را اجرا نمود.
