SUPERVISOR
Hamid Hashemalhosseini,Seyed Mehdi Abtahi Forooshani
حمید هاشم الحسینی (استاد راهنما) سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد راهنما)
STUDENT
Sasan Akhavan hariri
ساسان اخوان حریری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
The influence of Pre-tensioned micropiles on Bearing Capacity shallow foundation Improvement
The building foundations are responsible for transferring loads to soil or bedrock that are made by superstructures. The stresses transmitted to the soil layer under the foundation must be in the limit that the shear failure doesn't happened and also the settlement of soil does not exceed the allowable limit. Because of the design mistakes, foundation deterioration, corrosion foundations due to sulfate attack and other environmental factors, the foundation might lose its bearing capacity, then leads to building collapse. Demolition of structures and constructing a new building is not efficient. Especially in places like historic buildings, this would be impossible. There are a lot of approaches and methods for strengthening the foundation. One of the most famous and successful methods which have been used in last decade is using micropiles due to some reasons like, ease of construction, reducing the construction costs, appropriate performance in sites with limited access, slightly changing in soil, sufficient bearing capacity for strengthening existing structures. In many of strengthening methods, foundation or soil is changed and foundation is getting strengthened by more rigid elements like piles or micropiles. Using of such methods is not economic and on the other hand, for vulnerable structures or historic buildings it would be impossible and also could be risky. So, the best strengthening methods are which ones that do not change soil. One of the newest method is the strengthening of the shallow foundation by non-connected micropiles. According to the last researches and studies, the bearing capacity can be increased up to four times. In this thesis, the strengthening of the square, circle and rectangle shallow foundations with concrete slab and pre-tensioned micropiles have been researched. For this purpose, our approach is based on numerical modeling by using FLAC3D. In first place, some microplies with specified number, distance, length and arrangement are placed around the foundation. After that, the concrete slab is placed on these microplies. micropiles’s cable is getting placed in the concrete slab and tensioned. The reaction of these pre-tensioning forces causes put pressure of the concrete slab on soil and playing the role of surcharge load for the foundation.In this method, the function of these micropiles of bearing capacity improvement Has been studied. Then the effect of length, distance, diameter, and the numbers of the micropiles on the bearing capacity, has been researched. After that, the concrete slab will be placed on the micropiles and the function of micropiles and concrete slab are examined. In the next step, by creating pre-tensioned in micropiles, different values of this parameter has been researched. Then the width of the concrete slab getting changed and the effection of them and pre-tensioning are studied at the same time. In this thesis, the allowable bearing capacity, ultimate bearing capacity and the settlement of shallow foundation in different cases and situations have been compared. The results have shown that strengthening by the concrete slab and pre-tensioned micropiles, have different effect on the soil, according to its foundation and its type. With this method, just the ultimate bearing capacity will increase and the allowable bearing capacity doesn’t Increase much more because of the soil settlement. Key Words: strengtheningthefoundation , micropiles, p re-tensioned micropiles, Bearing capacity improvement
پی ساختمان وظیفه انتقال بارهای ناشی از روسازه را به خاک یا سنگبستر زیرین دارد. تنشهای انتقالیافته به خاک زیر پی باید در محدودهای قرار گیرند که گسیختگی برشی در خاک رخ ندهد و نشست خاک بیش از میزان مجاز نگردد. به دلیل عوامل مختلفی ازجمله خطا در طراحی، فرسودگی پی، خوردگی پی به دلیل حمله سولفاتها و سایر عوامل محیطی، پی ساختمان ممکن است ظرفیت باربری خود را از دست دهد و باعث تخریب ساختمان گردد. تخریب ساختمان و احداث ساختمان جدید هزینه بالایی داشته و در مواردی مانند بناهای تاریخی این امر امکانپذیر نیست. روشهای بسیاری برای مقاومسازی پی ساختمان ابداع شده است. در بین این روشها، استفاده از ریزشمعها به دلایلی نظیر سهولت اجرا، کاهش هزینههای اجرایی، عملکرد مناسب در محیطهای با دسترسی محدود، ایجاد تغییرات کم در خاک و درعینحال تأمین ظرفیت باربری مناسب برای تقویت سازههای موجود، در چند دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در بسیاری از روشهای مقاومسازی، پی یا خاک زیر آن تعویض شده و پی با المان سختتری مانند شمع یا ریزشمع تقویت میشود . استفاده از این روشها علاوه بر آنکه هزینه بالایی دارد، در مورد ساختمانهای آسیبپذیر و همچنین در مورد بناهای تاریخی، دارای خطرپذیری زیاد و در مواردی غیرممکن است. بهترین روش مقاومسازی برای این دسته از سازهها، روشهایی است که مستقیماً به پی و خاک زیر آن دست زده نشود . از جدیدترین روشهای موجود میتوان به مقاومسازی پیهای سطحی بهوسیله ریزشمعها بدون اتصال به پی اشاره کرد. نتایج محققان پیشین نشان داده بود که با استفاده از این روش میتوان ظرفیت باربری خاک را تا 4 برابر افزایش داد. در این پژوهش به کمک مدلسازی عددی با نرمافزار FLAC3D به بررسی تقویت پیهای سطحی مربعی، دایرهای و مستطیلی به وسیله دال بتنی با ریزشمعهای پیشکشیده پرداخته شد. ابتدا پیرامون پی، تعدادی ریزشمع با فاصله، طول، تعداد و آرایش مورد نظر قرار داده میشود. سپس دال بتنی بر روی این ریزشمعها احداث میگردد. کابلهای بیرون زده از ریزشمعها، درون دال بتنی قرار گرفته و کشیده میشوند. عکسالعمل این نیروی پیشکشیدگی باعث فشار دال بتنی بر روی خاک شده و نقش سربار را برای پی ایفا میکند. به منظور بررسی کامل این روش، عملکرد ریزشمعها در بهبود ظرفیت باربری بهتنهایی مورد ارزیابی قرار گرفته و تأثیر فاصله، طول، قطر و تعداد آنها بر روی افزایش ظرفیت باربری پی بررسی میشود. سپس دال بتنی بر روی ریزشمعها قرار گرفته و عملکرد همزمان ریزشمعها و دال بتنی بررسی میگردد. در مرحله بعد با ایجاد پیشکشیدگی در ریزشمعها، اثر مقادیر مختلف تنش پیشکشیدگی مورد ارزیابی قرار میگیرد. سپس ابعاد دال بتنی را تغییر داده و تأثیر ابعاد دال بتنی با میزان تنش پیشکشیدگی بررسی میگردد. ظرفیت باربری مجاز، ظرفیت باربری نهایی و نشست پیهای سطحی تقویتشده در حالتهای مختلف بررسی و مقایسه میشوند. نتایج حاکی از آن است که مقاومسازی با دال بتنی و ریزشمع پیشکشیده با توجه به نوع پی و نوع خاک تأثیر متفاوتی دارد و با استفاده از این روش، تنها ظرفیت باربری نهایی افزایش مییابد و به دلیل نشست خاک، ظرفیت باربری مجاز افزایش قابلتوجهی نمییابد. کلمات کلیدی: مقاومسازی، ریزشمع، ریزشمع پیشکشیده، افزایش ظرفیت باربری