רשת עמודי בטון תת קרקעיים - שיטה לייצוב קרקעות

הרצאה בנושא "רשת עמודי בטון תת קרקעיים – שיטה לייצוב קרקעות", שהוצגה בכנס התשיעי לבניה ותשתיות ב17 לנובמבר 2015, ע"י אינג' מוטי יוגר.מ.יוגר

את המצגת המפורטת והמלאה של ההרצאה בנושא "רשת עמודי בטון תת קרקעיים" ניתן להוריד yuger כקובץ PDF.

מבוא

בעולם ובארץ ידועה זה שנים רבות ] Burland et al . ( 1977 ), Davis & Poulos ( 1972 ), Zeevaert ( 1957 ) Hooper ( 1979 ) ] השיטה של ביסוס מבנים רבי קומות ומבנים מיוחדים בעלי עומסים כבדים, של שילוב דוברה וכלונסאות כאשר  הכלונסאות משמשות בעיקר כאלמנטים להקטנת שקיעות הצפויות בדוברה.

בשיטה זו מבוצעים בדרך כלל הכלונסאות כחלק אינטגראלי של הדוברה עם חיבור קונסטרוקטיבי בניהם.

שיטות החישוב המקובלות למערכת דוברה - כלונסאות הינן מסורבלות, דורשות "קירובים" רבים להערכת האינטרקציה ההדדית ויוצרות קושי בקבלת תכנון אמין. הבעיה היא בד"כ תלת מימדית, דבר המחייב גם שימוש בתוכנות מחשב תלת מימדיות בהתאם, דבר
זה גורם לכך שמהנדסים רבים נרתעים ואינם משתמשים כלל בשיטה הנ"ל. "השלכה" הדדית של מומנטים וכוחות גזירה, בין הכלונסים לדוברה, במיוחד תחת השפעת רעידת אדמה, קשה לחיזוי ובעלת פוטנציאל הרס.

עם התפתחות השיטה של דוברה על כלונסאות והניסיון שנרכש בתחום, הועלתה השאלה של המשמעות והצורך של חיבור הכלונסאות לדוברה.

כאשר הכלונסאות מחוברים לדוברה רוב הכוחות האופקיים הפועלים על המבנה מועברים לכלונסאות, עקב קשיחותם היחסית הגבוהה והדבר יכול לגרום להטרחות גזירה ומומנטים בכלונסאות עד כדי כשל (הדבר יכול לחייב הוספת כלונסאות מעבר לנדרש).

לאור זאת החלו גם בביצוע דוברות על כלונסאות ללא חיבור קונסטרוקטיבי בניהם, ואף יצירת מרווח בין הכלונסאות לדוברה באופן שהדוברה לא תהיה במגע כלל עם ראשי הכלונסאות. ברגע שקיימת הפרדה מלאה בין הכלונסאות לדוברה, ניתן לשנות את ההתייחסות לכלונסאות כך שניתן לראות בהם חלק ממערכת של קרקע מיוצבת ומחוזקת (Hooper, 1979).

ייצוב ושיפור קרקע

engineer yugerכפועל יוצא מהגישה של התייחסות לכלונסאות ולקרקע כמערכת של קרקע מיוצבת ומחוזקת. ניתן להשתמש בשיטות הבאות לייצוב קרקע:

עמודי אבן;

עמודי ;Jet Grout

עמודי בטון קדוחים בשיטה "יבשה/CFA/בנטונייט";

שימוש בחומרים מחזקים אחרים כגון עמודי סיד, בטון רזה ו-C.L.S.M (בתנאי שתוכח תסבולתם בהטרחות השונות ויעילותם לריסון השקיעות).

 

 

 

חלוקת עומס בין עמוד מייצב לקרקע

אינג' מ.יוגר

חלוקת עומס בין עמוד מייצב לקרקע

עמוד מייצב קרקע  – מודל איכותי להתנהגות משולבת

עמוד מייצב קרקע  – מודל איכותי להתנהגות משולבת

מודל  אקסי - סימטרי להתנהגות שקיעות משולבת קרקע ועמוד שריון

 

מודל  אקסי - סימטרי להתנהגות שקיעות משולבת קרקע ועמוד שריון.

שיטת חישוב מוצעת לקרקע מיוצבת

אחד היתרונות של היישום המתואר לעיל הוא פשטות האנליזה והבאתה למצב שבו כל הנדרש מהקונסטרוקטור הוא לחשב דוברה רגילה על קרקע מיוצבת ומשופרת, בעלת תכונה של מקדם קפיץ משוקלל כמוצע ע"י Winkler ( 1867 ), עפ"י הקשר:

engineer yuger

כאשר - היא השקיעה בנקודה מסוימת מתחת לדוברה, - קשיחות קפיץ Winkler, או כפי שהוא מכונה "מודול סיפרת מצע", - הוא מאמץ המגע בנקודה.

במסגרת פיתוח טכניקות הייצוב הוצעו בעבר שיטות חישוב שונות מהם ניתן להגיע לחישוב מודול סיפרת מצע משוקלל, כגון ע"י Prof W. VanImple (1983), ו-Dr. H. Bredenberg (1983). כמו כן פורסם מאמר בשנת 2002 ע"י מוסד הטכניון שכותרתו Deep Mixing - Lime Columns, המראה אף הוא שיטת חישוב המסתמכת על הנ"ל.

חישוב K משוקלל

נתונים נדרשים:

1. קביעה של צפיפות עמודי ההקשחה;

2. מציאת מודולי אלסטיות של העמודים והקרקע סביבם;

3. קביעת מידות חתך העמוד ועומקו בקרקע.

 Case Study - ביסוס מגדל

שני מגדלים (מגדל דרומי ומגדל צפוני) בני כ-30 קומות מעל קומת מרתף משותף, באזור נתניה.

חתך הקרקע בסביבת המבנים (מלמעלה למטה):

מגדל דרומי: כ-8 מ' חול חרסיתי רזה (SC) בצפיפות נמוכה עד "בינונית"; מתחת שכבות מצומנטות בצפיפות יחסית גבוהה בד"כ; מים במפלס עמוק יחסית.

מגדל צפוני: כ-12 מ' חול חרסיתי רזה (SC) בצפיפות נמוכה; מתחת שכבות מצומנטות בצפיפות יחסית גבוהה בד"כ; מים במפלס עמוק יחסית.

בשני המגדלים, תחתית המרתף במפלס קרוב לפני השטח.

ביסוס

נבחנו שקיעות המגדלים במקרה של ביסוס רדוד באמצעות דוברה בלבד עפ"י Burland & Burbidge כלהלן:

רוחב יסוד 30 מטר;

מאמץ מגע ממוצע: 470 קפ"ס;

מס' חבטות (N) ב-SPT עד לעומק השפעת היסוד 1Z.

מעקב שקיעות

בוצע מעקב שקיעות רציף בשני המגדלים במהלך התקדמות הבניה;

בוצעה מדידה עם השלמת כל 4 קומות;

דיוק המדידה של עשירית מילימטר.

עלויות ביסוס

עלות הביסוס של דוברה על "עמודי בטון" בשני המגדלים היתה נמוכה ב כ-700,000 דולר מעלות הביסוס הקונבנציונלי של כלונסאות בנטונייט.

תכנית כללית לקירות תומכים / עפר משוריין / דיפון

שריון קרקע מילוי קיימת באתר באמצעות עמודי בטון "(כלונסאות" ללא זיון). צפיפות עמודי שריון לפי עומס צפוי מקיררות עפר משוריין ותסבולת העמודים בסלע, בתחתית המילוי.

סיכום

הוצגה התפתחות מתודולוגיות ייצוב קרקעות כחלופה לביסוס אלמנטי מבנה שונים על כלונסאות ו/או החלפת קרקע.

הוצגו שיטות חישוב, אמפיריות/FEM לשילוב שיטת ייצוב הקרקעות בתכנון ביסוס.

הוצגו Case-Studies בהם יושמה השיטה בהצלחה.

יתרונות השיטה בכלכליותה ופשטותה.

השיטה דורשת בד"כ חלוקה שווה של האלמנטים המייצבים, מתחת לדוברה, אם כי ניתן לשקול חלוקה לאזורים בהתאם לעומס הצפוי מהמבנה.

 

רח' האקליפטוס 6 ת.ד. 2303 קדימה 60920

E-mail: office@engyuger.com

טל: 09-8911401 פקס: 09-8911490