اختيار نوع الأساس
مقدمة :
ان اختيار نوع الأساس خطوة مهمة جدا تسبق انشاء أي مبنى . لذلك فان المهندس
لا يستطيع ان يقرر فيما اذا كانت الاساسات التي سيستخدمها سطحية او عميقة او عائمة
قبل اجراء بعض الدراسات مثل استكشاف التربة وتقييم خصائصها ضمن المنطقة المتأثرة ( تحت المبنى ) .
العوامل المؤثرة في اختيار نوع الأساس :
ان اختيار النوع الاساس المناسب يكون محكوم ببعض العوامل مثل :
1- طبيعة المبنى : فمثلا قد يسمح
بهبوط مختلف في الأبنية السكنية لا يسمح به في الأبنية الأخرى ، كما ان نوع الأساس
لمبنى صغير يختلف عنه لمبنى كبير .
2- الاحمال المطبقة على المبنى .
3- حالة وخصائص التربة أسفل الاساسات : من تتابع طبقات التربة و وجود مياه
جوفية .
ان دراسة التربة عادة تتم
بعمل جسات للتربة والجسة هى عبارة عن بئر يحفر على أعماق مناسبة وقد تصل لاكثر 50مترا وان نوعية المبنى تحدد عمق الجسة ولكن فى العادة تعمل الجسات لعمق ( 20 m ) بحيث تؤخذ عينة التربة من
كل متر عمق حتى نصل لنهاية الجسة و على الأقل يجب ان تخترق الجسة الطبقات الضعيفة ( 10 m ) ، كما ان
المسافة بين الجسات لا تزيد عن ( 30 m)
، و عدد الجسات لا يقل عن ( (2
جستين . تشمل دراسة العينات فى المخبر ثلاث انواع من الدراسات
دراسة انشائية تتمثل فى قدرة تحمل التربة ، ودراسة فيزيائية توضح نوع التربة مع الوصف
مثلا لكل طبقة وعمق المياه الجوفية ، ودراسة كيمائية توضح تكوينها وكمية ونوعية الاملاح
التى تحتويها التربة وبالاخص المياه الجوفية من كبريتات و كربونات والأس الهيدروجينى لها الذى يوضح مدى حموضة التربة
وقلويتها لان الدراسة الكيميائية توضح لنا ماهى المواد التى تهاجم الاساسات حتى نستخدم
الاسمنت المناسب ليقاوم تأثيرها .
هذه الدراسة تتم لكل متر
من عمق الجسة بحيث ناخذ منها عينات مقلقة وغير مقلقة لدراستها فى المختبر ثم يأتى التقرير مفصلا وشاملا
للثلاث أنواع من الدراسات لكل جسة على حدة مصحوبا بالتوصيات .
المهندس بتصميمة للمشروع
يكون قد حدد منسوب القواعد على حسب دراسة الجدوى طابق بدروم اوعدد من الطوابق داخل
الارض لذلك تجده مهتما كثيرا لهذا المنسوب بالذات هل هو مناسب لعمل قواعد ؟ هذا وتكون
نتائج الجسات حددت بصورة قطعية قدرة تحمل التربة
فى هذا المنسوب ، فى حال كون هذا المنسوب غير مناسب للتأسيس علية يضطر المهندس لتصميم
قواعد اكبر او معالجة التربة بالاحلال وغيره أو بالنزول للمنسوب المناسب للتأسيس .
4- نوع الاساسات للمنشأ المجاور .
5- الكلفة المخصصة للاساسات : لو ان لديك اساسين صالحين فشرط الكلفة هو الذي
يتحكم في تحديد أي الاساسين هو الانسب .
انظمة الاساسات السطحية : Shallow Foundations
ان الاساسات السطحية تصنف الى نظامين :
أ- انظمة القواعد المنفصلة : وفي هذا النظام
الاساسات لا تغطي مساحة الارض كلها ويتبع المهندس الخيارات التالية :
1
- استخدام الاساسات المنعزلة ( المنفردة )
كلما أمكن ذلك . والاساس المنعزل اساس
يحمل عمود واحد ، واول ما ينظر المهندس الجيو تقني في الاساسات السطحية
المنعزلة كونها ارخص الاساسات وأسرعها
انشاءا هذا وان شكل العمود قد يتحكم بشكل
القاعدة فالمربعة تحمل عمود مربع أو دائري والدائرية تحمل عمود دائري ( الا انها
صعبة ومكلفة في التنفيذ لذلك يستخدم بدلا منها الاساسات المربعة ) والمستطيلة تحمل
عمود مستطيل . وقد تكون هذه القواعد متغيرة الارتفاع عندما تكون الاعمدة ذات احمال كبيرة ( أعمدة
الكباري ) . او قد تكون ذات درجة او أكثر .
الشكل – الاساسات
المنعزلة ( المنفردة )
2 - وفي حال حدوث تداخل في الاجهادات اسفل
اساسين منعزلين نقوم باستخدام قواعد
مشتركة ( واذا حدث تداخل في الاجهادات اسفل أكثر من عمودين ليسو على استقامة
واحدة نستعمل حصيرة جزئية ) .
والقاعدة المشتركة هي قاعدة تحمل عمودين فقط ونلجأ لاستخدامها
عندما لا نستطع استعمال قاعدة منفصلة اسفل كل عمود ويحدث ذلك في الحالتين
التاليتين :
الحالة الأولى :
عند تداخل ابعاد القاعدتين المسلحتين في
المسقط بسبب تداخل في الاجهادات تحت القاعدتين مما يعني زيادة الاجهادات في منطقة
التداخل عن الاجهادات المسموحة وفي هذه الحالة يكون حل استخدام قاعدتين منفصلتين
مرفوض ويجب استخدام قاعدة مشتركة مستطيلة تحمل العمودين .
الحالة الثانية :
عند توقيع ابعاد الخرسانة العادية لقاعدة
منفصلة لعمود قريب من حد الجار ووجد ان جزءا من القاعدة قد تعدت حد الجار وهذا
مرفوض لذلك نعمل قاعدة مشتركة مع اقرب عمود داخلي من عمود الجار وتكون مستطيلة اذا
كان حمل العمود الداخلي أكبر من حمل عمو الجار
وتكون على شكل شبه منحرف اذا كان حمل عمود الجارأكبر من حمل العمود الداخلي
.
الشكل – الاساسات
المشتركة
3- عند الاعمدة القريبة من حد الجار نستخدم
شدادات ( جوائز تقويم ) او قواعد مشتركة .
تستخدم الشدادات ( جوائز التقويم ) لربط عمود
الجار مع عمود داخلي عن طريق استخدام كمرة كبيرة تحمل العمودين ثم يتم نقل حمل
الكمرة الى التربة بواسطة قاعدتين منفصلتين . حيث نحسب ابعاد قاعدة الداخلية
وابعاد قاعدة الجار نميز الحالات التالية :
أ- بعد تحديد ابعاد القاعدة المسلحة عن حد الجار F1 ونميز
الحالتين التاليتين :
≤ 1.5 o.k IF : BRc1/ LRc1 استخدم جائز تقويم
> 1.5 not
o.k IF :
BRc1/ LRc1 استخدم أساس مشترك
ب-نحسب المسافة بين القاعدتين المنفصلتن (
القاعدة الداخلية وقاعدة حد الجار ) y ونميز الحالتين :
IF : y ≥ LRc
min / 2 نستخدم جائز تقويم
IF : y < LRc min / 2 نستخدم أساس مشترك
الشكل – اساس
بجائز تقويم
ملاحظة : يتم ربط القواعد المنفصلة بشيناجات
ارضية ( تكون بمنسوب القواعد او فوق سطح القواعد او بمنسوب سطح الارض ) وذلك بهدف
: مقاومة قرق الهبوط بين القواعد ، وحمل
الجدران ، والمساهمة في مقاومة الاحمال الافقية .
4- الاساسات الشريطية :
وهي
اساسات سطحية تستخدم في الحاتين التاليتين :
أ- تستخدم تحت الجدران المستمرة والاسوار سواءا كانت هذه الجدران والاسوار من
الخرسانة او من البلوك .
ب- وتستخدم أيضا عند تداخل الاجهادات تحت ثلاثة اعمدة فما فوق على استقامة واحدة .
الشكل – اساس
شريطي تحت جدار
5-
اللبشة ( الحصيرة العامة ) :
الحصيرة هي عبارة عن اساس مشترك يمكن ان يغطي كامل المساحة اسفل المنشأ .
وتفضل الحصائر في بعض الاحيان من اجل الترب التي قدرة تحملها ضعيفة وحمولات
الاعمدة والجدران كبيرة .
وهي قاعدة كبيرة تحمل كل أعمدة وجدران المبنى وتفضل في حال زيادة مساحة
القواعد المنفصلة عن 50% من مساحة المبنى وحينها تكون
أكثر اقتصادية من الاساسات المنفردة .
كما ويفضل استخدام اللبشة عندما يكون منسوب التأسيس اخفض من منسوب المياه
الجوفية لحماية البدروم من دخول المياه الجوفية .
كما انه لا يفضل استخدام اللبشة في حال وجود تربة منتفخة تحت الاساسات .
وعند زيادة الاجهادات المؤثرة على التربة اسفل اللبشة عن قدرة تحملها و عندما يكون
الهبوط المتوقع أكبر من المسموح وعندما
يكون منسوب المياه الجوفية عالي يكون استخدام اللبشة غير مناسب ويجب استخدام الاوتاد
لدعمها .
ملاحظة : عند انشاء مبنى على تربة من الطين الناعم تكون قدرة تحمل التربة
ضعيفة جدا في هذه الحالة نستخدم الحصيرة العائمة حيث نقوم بحفر التربة حتى الوصول
الى المنسوب الذي يحقق أن الاجهادات الناتجة عن وزن التربة المحفورة يساوي
الاجهادات الناتجة عن وزن المبنى .
وهناك انواع مختلفة من الحصائر منها بلاطة مستوية ( فطرية ) وبلاطة مستوية
مع سماكة زائدة تحت الاعمدة وبلاطة بجوائز وبلاطة معصبة وبلاطة مع جدران قبو .....
شروط استخدام الاساسات السطحية - الإجراءات العملية :
الشرط
الأول :
عند وجود طبقة التربة ذات قدرة تحمل مناسبة
قريبة من سطح الأرض بحيث لا تزيد الاجهادات المنقولة الى التربة عن قدرة تحملها .
أي اذا تحققت العلاقة التالية :
q all ≥ ( q act . (
p col / A
حيث q all الاجهاد المسموح و p col حمولة
العمود و q act الاجهاد الفعلي و A مساحة
القاعدة المسلحة .
الشرط
الثاني :
عدم وجود طبقة عالية الانضغاط
على أعماق قريبة من منسوب التأسيس بحيث يكون الهبوط المحسوب في حدود الهبوط المسموح به او
اصغر منه. أي ان تتحقق العلاقة التالية :
Smax ≤ Sall
حيث :
Smax = Sinitial + Sc + Ss
وعموما هناك قيم مسموحة في الكود :
في التربة الرملية sand soil يكون
Sall = 50 mm
في التربة الطينية clay soil يكون
Sall = 70 mm
الشرط
الثالث :
فارق الهبوط
: differential settlement
أحيانا يكون لدينا عدة أعمدة وعليهم احمال
مختلفة ويكون الهبوط مختلف من مكان لاخر .
الشكل – يبين فارق
الهبوط بين اساسين متجاورين
differential settlement = ΔS / L
= (S1-S2) / L ≤ ( ΔS / L)all
حيث تؤخذ في بعض الكودات all يساوي ( ΔS / L) 1
/ 300 للمنشات السكنية .
ملاحظة 1:
لا يفضل استخدام القواعد المنفصلة اذا كان منسوب التأسيس اخفض من منسوب المياه الجوفية وفي حال استخدامها يجب عمل
بلاطة من الخرسانة المسلحة فوق الاساسات
المسلحة المنفصلة لمقاومة الرفع الناجم عن
المياه الجوفية .
ملاحظة 2 :
بصورة عامة في حال زيادة مساحة القواعد
المنفصلة عن 50% من مساحة المبنى يفضل استخدام أساس
اللبشة . الا انه يمكن اتباع الإجراءات التالية بحسب نوع التربة او نوع طبقات
التربة :
طريقة تحديد نوع الأساس في
التربة الرملية والطينية :
·
التربة الرملية : SAND SOIL
نحسب
المساحة اللازمة للتأسيس من العلاقة التالية :
/ qall A = ƩPcol
حيث q all الاجهاد المسموح للتربة و Σp col مجموع الحمولات الشاقولية
للاعمدة والجدران و A المساحة اللازمة للتأسيس .
ونميز الحالات التالية :
أ – اذا كانت ( A < 70% ) من مساحة المبنى نستخدم اساسات منفصلة .
ب - اذا كانت ( A < 70% < ( 100%من مساحة المبنى نستخدم اساسات لبشة ( حصيرة
) .
ج - اذا كانت ( A < ( 100%من مساحة المبنى نستخدم قواعد على اوتاد .
·
التربة الطينية : CLAY SOIL
فيحدد نوع الاساسات حسب مقدار الهبوط الحادث في
الطبقة الطينية ( انضغاط طبقة التربة الطينية
) ، اذا نحسب الهبوط الحاصل في هذه الطبقة
ونميز الحالات التالية :
أ – اذا كان الهبوط S = 0
→ 3 cm ) ) نستخدم اساسات منفصلة .
ب - اذا كان الهبوط S = 3 → 10 cm ) ) نستخدم اساسات لبشة .
ج - اذا كان الهبوط 10 cm ) S >) نستخدم لبشة على اوتاد
اذا لم تتحقق شروط الاساسات السطحية المذكورة أعلاه حتى لو عملنا إحلال او تحسين تربة فاننا سنلجأ الى تنفيذ أحد
أنواع الاساسات العميقة .
الاساسات العميقة : Deep
Foundations
لاختيار الاساس العميق يكون الامر محصورا بين أحد الانواع التالية :
أولا- الاوتاد و الاساسات الوتدية
.
ثانيا - االدعامات المنفذة بالتفريغ .
ثالثا – الابار الاسكندراني .
رابعا– القيسونات
أولا- الاوتاد و الاساسات الوتدية :
تستعمل الاساسات الوتدية عندما تكون الطبقات العليا من التربة ضعيفة بحيث
لا تستطيع تحمل احمال المبنى فتقوم الاوتاد بنقل الحمل الى الطبقات العميقة جيدة
التحمل .
تعتبر الاوتاد احد انواع الاساسات العميقة ، ولها شكل الاعمدة ، ويمكن
استخدامها بشكل منفرد ، كماهوالحال في
بناء الجدران الوتدية ، او بعدد كبير كما هو الحال عند استخدامها في الاساسات
العميقة لدعم اساس سطحي وتسمى عندها بالاساس الوتدي
وتعتبر الاوتاد ( الاساسات الوتدية ) من اكثر انواع الاساسات العميقة
انتشارا ، والغاية منها نقل الحمولات الى الطبقات العميقة في تربة التاسيس عندما
لا تكون التربة في منسوب تماس الاساس السطحي جيدة التحمل ، او عندما تكون التربة
ذات انضغاطية كبيرة ، او معرضة للحت ، كما يكون استخدام الاوتاد مناسبا ادا قدم
حلا ارخص من التاسيس على اساس سطحي مستند على طبقة التاسيس العميقة وهذا يتحقق اذا
زاد عمق التاسيس عن ( 4 م )
ونؤسس منشات الجسور المائية غالبا على الاوتاد ، ومن اجل الابنية السكنية والصناعية ، تعتبر
الاوتاد الوسيلة الوحيدة لطريقة التاسيس العميق ،عندما يكون عدد الطوابق ( بين
10-15 طابقا ) وتستخدم الاوتاد بشكل واسع لتاسيس الابنية المؤقتة ، كما هو الحال
في انشاء السقالات واحواض التاسيس .
ولتصميم الأساس الوتدي فان الخطوة الأولى
هي اختيار نوع الوتد ، وعند اختياره يجب مراعاة العوامل التالية :
1-
حمولات المنشأ : بما ان اوتاد الحفر يمكن تنفيذها باقطار
كبيرة لذلك يفضل استخدام اوتاد الحفر ذات الأقطار الكبيرة لتقليل عدد الاوتاد
المستخدمة في حالة الاحمال العالية ( الاحمال الأكبر من 300 ton ) . ومن اجل الحمولات الأقل من
ذلك يمكن استخدام الاوتاد المدقوقة .
2-
التربة والمياه الجوفية : يوجد تاثير كبير لنوع التربة ومنسوب المياه
الجوفية على اختيار نوع الوتد وطريقة تنفيذه ونميز الحالات التالية :
أ- في حال وجود طبقات تربة يصعب دق الاوتاد فيها يفضل استخدام اوتاد الحفر،
مثلا وجود طبقات ( الصخر والرمل الكثيف او الطين القاسي ) تحتاج لقوة كبيرة لدق
الوتد مما قد يؤدي الى كسره او الى حدوث شروخ في التربة تؤدي لاضعافها . وفي حال
وجود طبقات التربة تحتوي على كتل صخرية قد يحدث ميل للوتد اثناء عملية الدق .
ب- في حال وجود طبقات ضعيفة ( رمل
مخلخل ، او طين ناعم ) يفضل استخدام اوتاد الدق وفي حال وجود ما يمنع استخدامها
نستخدم اوتاد الحفر .
ج- في حال كان منسوب المياه الجوفية مرتفع يفضل
استخدام اوتاد الدق وفي حال وجود ما يمنع استخدامها نستخدم اوتاد الحفر .
3-
شروط الموقع : من اكثر العوامل المؤثرة في اختيار نوع الوتد
حيث نراعي النقاط التالية :
أ- يمنع استخدام اوتاد الدق في حال وجود منشات مجاورة فالاهتزازات الناجمة عن
عملية الدق تحدث مشاكل في الأبنية المجاورة وتحدث ضوضاء .
ب- عند وجود عوائق تمنع استخدام ماكينات كبيرة يتم
استخدام الـ Micro Piles .
ج- من اجل اوتاد الدق نحتاج لمساحة كبيرة في
الموقع لتصنيعها وتخزينها وفي حال عدم توفر هذه المساحة في الموقع يصعب استخدام
هذا النوع من الاوتاد .
د- في حال سند الجوانب بطينة البنتونيت نحتاج
لمساحة كبيرة لمعدات ضخ المياه وتخزينه وكذلك يجب توفير كميات كبيرة من المياه وفي
حال عدم توفر ذلك في الموقع يجب استخدام الـ casing لسند جوانب الحفر .
وتصنف الاوتاد من حيث مادة الصنع
الى :
1-الاوتاد الخشبية :
وهي ارخص انواع الاوتاد ، وهي عبارة عن اعمدة خشبية لها نهاية خاصة ، ورأس
خاص ، وتستخدم حتى طول (10 م ) ، وخاصة في الانشاءات المؤقتة ، ويمكن استعمالها في
حالة الاستخدام الدائم فقط عندما سيكون الوتد الخشبي دوما تحت الماء والذي يحفظها
من التخرب ففي المنشات البحرية تفضل على الاوتاد البيتونية المسلحة .
و في الترب الرملية غيرالمرصوصة فيمكن دق الاوتاد الخشبية حتى عمق ( 6 م )
، وفي حالة الترب البحصية الحاوية على قطع
حجرية ، يمكن دق الاوتاد الخشبية حتى عمق
( 1 م ) ، وفي الترب الغضارية
الطرية يمكن دق الاوتاد الخشبية حتى عمق ( 20 م ) ، وفي الغضار القاسي وبحسب درجة التشديد يمكن دق الاوتاد الخشبية ( من 5 م وحتى 10 م ) ، وفي الغضار الصلب يمكن
دق الاوتاد الخشبية حتى عمق ( 3 م ) فقط . وعندما يكون هناك ضرورة لدق الاوتاد الخشبية في
الرمل المرصوص لعمق كبير ، تستخدم عملية
الغسل بالماء ، وعندها يمكن دق الوتد حتى عمق ( 30 م ) .
الشكل – تحضير الاوتاد الخشبية
وبسبب عدم توفر الاخشاب باقطار
كبيرة ، كما انه يجب ان تبقى دوما مغمورة
تحت الماء حتى لا تتلف ،ولذلك يفضل استخدام الاوتاد البيتونية المسلحة .
2-الاوتاد المعدنية :
يمكن استخدامها ومن أجل الأعماق الطويلة أكثر من (50 m).
وهي عبارة عن اعمدة من حديد مسحوب ،
وكاوتاد يمكن استخدام جوائز بشكلI او مقاطع اخرى من الحديد المسحوب كالاوتاد المعروفة باسم ( H-
pile ) ، او سكة حديد ، او قساطل
، او اشكال مغلقة مؤلفة من صفائح وتدية ملحومة .
وجميع هذه العناصر السابقة الذكر هي عناصر رقيقة الجدران ، لذللك فان دقها
اسهل بكثير من دق الاوتاد الخشبية او البيتونية ، كما ان دق الاوتاد المعدنية لا
يرج التربة اثناء الدق ، وتعتبر الاوتاد
المعدنية اغلى ثمنا من بقية الانواع ، لذلك لا تستخدم الا في الحالات النادرة ويكون استخدامها مجديا
، عندما يستند الوتد على الصخر ، حيث يمكن اجهاد مقطعها حتى ( 400 كغ / سم^2 ) .
واذا كانت التربة المحيطة والواقعة فوق الطبقة الصخرية ضعيفة ، يجب التأكد
من تحمل الوتد على التحنيب ، وفي حال وجود الوتد في منطقة متبدلة بين الرطوبة
والجفاف ، يجب حماية الوتد بواسطة الخرسانة كي لا يؤثر فيه الصدأ ولنفس السبب فهي
لاتستخدم في المنشات البحرية.
ويمكن دق الوتد الذي
مقطعه I الى عمق
( 8 م ) في البحص الخشن ، والى ( 20 م ) في الرمل
وحتى ( 60 م ) ، في الترب الغضارية . وبعد الوصول بالوتد للعمق المطلوب ،
يقص الوتد الى المنسوب اللازم ، و ( تلحم
) فوقه صفيحة معدنية سميكة فيها فتحات تساعد على تثبيت العمود المستند على الركيزة
.
اما الاوتاد من
القساطل المعدنية ، فتكون عادة من القساطل التي سماكتها ( من 8 – 13 مم ) وتستخدم كاوتاد مستندة على
الصخر ، ويتم غرزها دون اضافة أي جزء لرأسها
، ومن ثم يتم ازالة الاتربة من داخلها بواسطة الماء ، والهواء المضغوط ، وبعد ذلك تملأ بالخرسانة ، ويتم التثبيت
الجيد على الصخر اذا امكن حفر جزء صغير من
الصخر تحت اسفل الوتد وان وتدا كهذا قطره ( 380 مم ) يمكن ان حمل حتى ( 200 طن )
وهو يناسب الاساسات ذات الحمولات الكبيرة .
اما الاشكال المغلقة المختلفة للاوتاد المعدنية ، فيتم صنعها عادة بالتئام
الصفائح الوتدية ، ويعتبر هذا النوع من الاوتاد المعدنية ارخص من القساطل والتي
تعتبر غالية الثمن خاصة عندما تصنع بدون
خط التئام ( لحام ) طرفي ( أي القساطل المبلوصة ) ، وهناك اوتاد من القساطل تجهز
بصفائح حلزونية شبيهة بتخاريم ( البراغي) ، وبذلك يؤمن سطحها الكبير تحملا كبيرا ،
وفي عام 1955 استخدمت اوتاد كهذه في اوديسا في الاتحاد السوفياتي ، وكان قطرالوتد
(1020 مم ) وطوله ( 6و39 م ) ، اما قطر الحلزون
فكان ( 2200 مم ) ، وقد تحمل هذا الوتد حمولة مقدارها ( 750
طن ) .
الشكل – اوتاد معدنية
3- الاوتاد الخرسانية المسلحة :
الاوتاد الخرسانية عبارة عن اعمدة من الخرسانة المسلحة قوية التسليح ، ويجب ان تكون الخرسانة كتيمة كي تعمر هذه الاوتاد طويلا ، ويزداد
استخدام الاوتاد الخرسانية ، نتيجة النقص
المتزايد للاخشاب في العالم ، وحيث يمكن صنعها باقطار كبيرة لذلك تستخدم حتى عمق ( 40 م ) ، وفي الاماكن
التي توجد فيها مياه جوفية مخربة ( كالمياه الكبريتية ) يمكن صنع الاوتاد من
الاسمنت المقاوم للكبريتات .
الشكل – اوتاد من الخرسانة المسلحة
وتصنف الاوتاد الخرسانية المسلحة الى الأصناف التالية :
أ- سابقة الصب :
تصب على سطح الأرض ثم تثبت في
التربة بالدق الى العمق المطلوب ويمكن ان تكون من الخرسانة المسلحة أو من الخرسانة
مسبقة الاجهاد . حيث يمكن صنع اوتاد طويلة ومفرغة . تعتبر جيده عندما يكون هناك
خطر من حدوث بعض التشققات ، حيث يمكن شدها
بحيث لا تحصل شقوق اكبر من ( 0.04 مم ) ، مما يكفي لمنع
صدأ حديد التسليح، ويتم الحصول على الاجهاد المسبق بشد القضبان في
المصنع . ويسمح استخدام الاوتاد المسبقة
الاجهاد بانتاج وتد طويل مؤلف من قطع قصيرة ، يمكن صنعها بسهولة كما يمكن بهذا
الشكل صنع اوتاد يصل طولها الى ( 40 م ) ،
مؤلفة من اسطوانات مفرغة طول كل منها حوالي
( 5 م ) ، حيث يتم صبها بشكل مختلط
بواسطة القوة النابذة والرج مع ضخ وضغط الخرسانة . ويمكن غرز الاوتاد الخرسانية في
الرمل المخلخل ، وفي الغضار الطري حتى عمق ( 10 م ) ، وفي الصخورالمتصدعة او
الغضار القاسي فيمكن دقها حتى عمق ( 3 م )
فقط .
الشكل – وتد طويل
مسبق الجهد مؤلف من قساطل قصيرة
مشدودة الى بعضها
ب- مصبوبة في الموقع :
· الاوتاد المجهزة بالدق :
حيث يتم تجهيز مكان الوتد ثم صب الخرسانة ووضع
قفص التسليح وتكون الاوتاد في هذه الحالة ذي مقطع دائري . وكمثال عليها اوتاد فرانكي وهي عبارة عن اعمدة خرسانية تصب
داخل فراغ يحضر في التربة ، وتستخدم اوتاد فرانكي في الترب المتماسكة المتوسطة
القوام حتى طول ( 15 م ) .
ولا يمكن استخدام هذا
النوع من الاوتاد في الترب الرخوة ، لأن تماسك البيتون الطري قد يتاثر ، ويتخرب
بسبب ضغط التربة المجاورة ، ودخولها في البيتون بعد سحب قالب الوتد ، وان اوتاد
فرانكي يمكن ان تكون بديلا عن الاوتاد المصبوبة في القالب ، والتي كلفتها اكثر ،
لكنها تعتبر سيئة ، وغير مناسبة في الترب
التي توجد فيها مياه جوفية سيئة ( كالمياه الكبريتية ) .
وهذا النوع من الاوتاد
يمكن تنفيذه بطول ( 4 – 6 م ) بسهولة تامة ، حيث يمكن دق وتد خشبي مخروطي الشكل في
التربة ، ثم يسحب هذا الوتد ، ويملأ الفراغ الباقي بالخرسانة .
والنوع المستخدم كثيرا
هو اوتاد فرانكي والتي تنفذ كما يلي : نضع
( 15و0 م^3 ) من الخرسانة الجافة في القالب الذي قطره ( 300 – 520 مم ) فتشكل هذه الخرسانة الجافة
سدادة وبعدها ندق بواسطة مطرقة وزنها ( 65و1 – 4 طن ) وتجر هذه السدادة معها
القالب بواسطة حبل تعليق مرخي حتى طبقة
التاسيس الجيدة ، وبعدها يشد حبل التعليق ، ويصب داخل القالب حوالي ( 5و1 م^3 خرسانة
) ، وبواسطة الدق من ارتفاع كبير، يتشكل تحت القالب قاعدة اعرض من قطر الوتد ، وبعد تشكل القاعدة يسحب القالب تدريجيا كل (
25 سم ) ، وتصب خلال ذلك الخرسانة التي يتم دقها وضغطها في التربة تحت اطراف
القالب ، والوتد النهائي عبارة عن عمود بيتوني خشن السطح قاعدته عريضة ، ومحاط
بتربة مرصوصة .
الشكل – يبين مراحل تنفيذ اوتاد فرانكي
*الاوتاد ذات القالب :
( أي
التي يترك القالب فيها ضمن التربة ) ، تتالف من
قالب رقيق ، يرسل الى داخل التربة بواسطة نواة داخلية ، تسحب فيما بعد
،ويترك القالب في التربة ، ثم تصب
الخرسانة ضمن هذا الفراغ ، وتصلح الاوتاد
ذات القالب في التربة الغضارية الرخوة حتى
طول ( 25 م ) .
ومثال عليها اوتاد المعروفة باسم اوتاد
رايموند ( Raymond pile ) فهي النموذج المستخدم بشكل واسع من الانواع
التي تحضر حفرتها مسبقا ، اما الاوتاد الموثوقة ، او المستندة ، فتتالف من قطع تلسكوبية
( تشبيها لها باجزاء التلسكوب) ، طول القطعة الواحدة يتراوح ( من 4و2 وحتى 2و7 م ) ، ويتم تركيب اقسام اطول
بواسطة حلقات وصل ، وهذه القطع تسمح في مكان الوصل بتركيب جزء قطره اكبر بمقدار (
4و25 مم ) ( أي انش واحد ) .
ونختار القطر الاولي ( من 220 مم – 350 مم )
، وقدم الوتد مؤلفة من صفيحة فولاذية ، وسماكة جدار القالب تساوي ( 1 مم ) للغضار
القاسي و ( 2 مم ) في الرمل ، وتتالف
جدران القالب من صفائح متموجة ، اما الاوتاد السابحة ، فتتالف من مقطع مخروطي طوله
يصل حتى ( 12 م ) ، والاوتاد التي يكون طولها اكثر من ( 25 م ) يتم صنعها من وتد
بشكل قسطل معدني ، يركب عليه وتد تلسكوبي ، وتتم عملية الدق بواسطة مطرقة وزنها ( 2 – 5 طن ) تدق على انبوب تلسكوبي
موضوع دخل القالب ، ويستند على حلقة الوصل ، وعندما يصل الوتد الى العمق المطلوب
تسحب النواة ، حيث يتم بعدها فحص القالب فيما اذا كان مثقوبا او ممزقا ، ثم يصب في
قدم الوتد كمية قليلة من مونة اسمنتية (
بنسبة 1 الى 5و2 ) يليها صب بيتون بعامل (
4و0 ) ، وبهبوط مقداره ( 75 مم ) بمخروط ابراهام ، ويكفي استخدام خرسانة بمعامل
مائي صغير ، لأن الخرسانة ترتص بواسطة سقوطها ، كما لا يمكن للماء ان يخرج من
القالب المعدني .
وان مقدار تحمل الوتد من نوع رايموند الذي
قطره ( 285 مم ) ، والمدقوق في تربة رملية
مبحصة والذي يكون اختراقه للضربات العشرة
الاخيرة يساوي ( 30 مم ) ، هو ( 35 طنا )
.
الشكل – الاوتاد ببالقالب نوع رايموند
*الاوتاد المحفورة ( بواسطة
الات الثقب ) :
وهي اوتاد محفورة ، تصب فيها الخرسانة ضمن الفراغ المعمق بواسطة الات الثقب ، وتصنف
الاوتاد التي قطرها اصغر من ( 600 مم )
بين الاوتاد المحفورة وتعتبر الاوتاد المحفورة مناسبة وخاصة بالقرب ، او ضمن
الابنية ، . وكذلك تعتبر الاوتاد المحفورة مناسبة ايضا في المكان الذي لا يتسع
لوضع الة الدق ، وتستخدم بشكل رئيسي في
تنفيذ الاوتاد الطويلة ، وتعتبر اقتصادية
بشكل جيد اذا امكن اسنادها على طبقة صخرية ، حيث يزيد ذلك من تحملها ، وفي هذه
الحالة يلزمنا عددا قليلا من الاوتاد ، ولا يكون احضار الة الدق من اجل هذا
العدد اقتصاديا ، الا انه يجب التذكر دوما ان تنفيذ الاوتاد المحفورة يحتاج الى
خبرة ، ودقة في العمل ( وهذا لا يتوفر
دوما ) .
الشكل – الاوتاد المحفورة بالثقب ولف شولز
*والاوتاد المرسلة في التربة :
ترسل في التربة بواسطة المكابس الهيدروليكية ، أي بالضغط ( وليس بالدق ) والتي تستخدم في تدعيم الابنية ،
والاوتاد المشدودة ، التي تستخدم
وتتالف الاوتاد المرسلة بالضغط من قطع صغيرة
يتم ضغطها داخل التربة بواسطة المكبس الهيدروليكي ، وتستخدم غالبا في تدعيم
المنشات القديمة ،حيث يمكن سند المكبس الهيدروليكي الى البناء القديم ، وبذلك يتم
تامين رد الفعل اللازم ، والضغط المطبق هوفي نفس الوقت عبارة عن تجربة تحميل للوتد
، ويقاس مقدار تحمله بشكل دقيق على عداد المكبس ، وتعتبر الاوتاد القسطلية نوعا
جيدا من الاوتاد المرسلة بالضغط ( وتتالف هذه الاوتاد من انابيب معدنية) ، وعندما
ترسل الاوتاد في تربة صخرية ، يجب ان تكون سماكة جدار الانبوب المعدني ( من 8 – 20
مم ) ، وفي حالة ارسال الوتد في الترب العادية ، تكون سماكة جدار الانبوب ( 3 مم ) ، اما قطر الوتد فدوما تكون اكبر من (
360 مم ) ، لتسمح باخراج التربة التي تدخل ضمن الانبوب ، ويخفف بذلك الاحتكاك
اثناء الضغط ، وان القطع الصغيرة التي طولها حوالي ( 150 سم ) ، توصل مع بعضها
بواسطة سن ( أي شرار ) ، وبعد ان يتم
ضغط الانابيب الى العمق اللازم ، يتم صب البيتون فيها ، ويمكن ضغط اوتاد
بيتونية مفرغة ، الا ان ضغطها داخل التربة بالنظر لسماكة جدارها ، اصعب بكثير من
ضغط القساطل المعدنية الرقيقة الجدران ، وان اكبر قطر للاوتاد المضغوطة حوالي (
1300 مم ) .
ويمكن تصنيف الاوتاد بحسب طريقة نقل الاوتاد للحمولة الى
التربة وفقا لما يلي :
أ- اوتاد الارتكاز : تسمى أيضا بالاوتاد المستندة وهي عبارة عن اوتاد تمر في
تربة سيئة التحمل وتستند برأسها على تربة جيدة التحمل ، وتكون هذه التربة صخرية
عادة .
ب - اوتاد الاحتكاك : تسمى أيضا بالاوتاد العائمة ( السابحة ) و يقع
طولها بالكامل ضمن تربة ضعيفة التحمل ، ويكون تحملها فقط بواسطة الاحتكاك على كامل
سطحها المحيطي ، ويستخدم هذا النوع من الاوتاد عندما تكون التربة جيدة التحمل على
عمق كبير .
ج- اوتاد الارتكاز – والاحتكاك : تسمى أيضا بالاوتاد الموثوقة وياتي تحملها من
مجموع مقاومة راس الوتد ومقاومة الاحتكاك
على السطح المحيطي للوتد ، وهذا هو وضع معظم الاوتاد
د-الاوتاد المقاومة للقوى الافقية
والعزم :
هـ - الاوتاد المشدودة :
يمكن
ان تكون من نوع الاوتاد المعروفة باسم اوتاد
MV ، المؤلفة من اوتاد خرسانية مسلحة قسطلية قطرها ( 80 مم ) ، ولها قدم بقطر اكبر من قطر
الوتد ، واثناء الدق تدفع المونة الاسمنتية تحت ضغط معين ضمن التربة ، بواسطة قدم الوتد ، وعند
الوصول الى العمق المطلوب يملأ الفراغ بين التربة والوتد بالمونة الاسمنتية ، التي
ترسل من قدم الوتد تحت ضغط مقداره ( 4 – 10 ) ضغط جوي ، وتساوي الحمولة الحسابية
لهذا النوع من الاوتاد ( 30 طنا ) .
وتستخدم الانواع الاخرى من الاساسات العميقة
( مثل الركائز والابار والقيسونات ) اذا
كان استخدام الاوتاد غير اقتصادي كما هو الحال عندما يكون هناك عددا قليلا من
القواعد او عندما يكون عمق التاسيس بين (10-20 م ) ،او هناك صعوبة تكنيكية في
تنفيذ الاوتاد ، وخاصة اذا وجدت في التربة قطع حجرية ، او كانت الحمولة المطبقة
على الاساس كبيرة جدا .
ثانيا- الدعامات المفرغة :
اساس عميق لنقل حمل المنشأ الى الطبقات
التحتية جيدة التحمل شأنها شأن الاوتاد وتنفذ الدعامات اما بالحفر او بتفريغ بئر
يكون محاط بماسورة او تدعيم خشبي لتجنب انهيار جوانب الحفرية خلال عملية الانشاء .
او غير محاط بماسورة حسب نوع التربة ثم يملآ البئر بالخرسانة ويمكن زيادة قطاع البئر
قرب القاعدة لتكوين ما يسمى بالدعامة القمعية .
تشير الدعامات والجذوع والدعامات المفرغة الى الاوتاد المصبوبة في المكان والتي قطرها يكون اكبر من ( 600 مم ) ، والتي يمكن النزول الى
داخلها فالدعامة عبارة عن وتد ضخم
يستعاض به عن مجموعة اوتاد تقوم بدعم الأساس السطحي . وتستخدم اساسات الركائز المحفورة للحالات
التالية :
1- تستخدم الدعامة المفرغة عوضا عن مجموعة اوتاد وغطاؤها .
2- اسهل انشاءا من الاوتاد المدقوقة في ترب الردميات المكونة من الرمل الكثيف
والحصى .
3- الضررالناجم عن اهتزازات الارض حين دق الاوتاد على المنشات المجاورة لا
يسببه استخدام الدعامات المفرغة .
4- دق الاوتاد في الترب الغضارية يمكن ان يؤدي الى انتفاخ التربة ويمكن ان
يزيح الاوتاد المدقوقة و لا يحصل ذلك في الدعامات المفرغة.
5- انشاء الدعامات المفرغة لا ينتج عنه الضجيج الناتج خلال انشاء الاوتاد
المدقوقة .
6- بسبب انه يمكن تعريض قاعدة الدعامة المفرغة فهذا ما يعطيها مقاومة أكبر ضد
قوى الرفع .
7- انشاؤها يتطلب الات متحركة فتحت ظرف تربة معينة يثبت انها أكثر اقتصادية من
الاوتاد .
8- الدعامات المفرغة لها مقاومة عالية للحمولات الجانبية .
ويجب الانتباه الى ان
طبقة التربة المتوضعة
تحت طبقة التحمل يجب ان تكون بمقاومة
كافية لمقاومة الاجهادات المتداخلة التي تسببها الاحمال المنقولة الى الطبقة جيدة التحمل .
الشكل - اشكال الدعامات المختلفة
ثالثا – القيسونات
هي عبارة عن منشأ مفرغ يتم الحفر داخله بينما ينزل داخل الارض الى منسوب
التأسيس وهي وسيلة لانشاء دعامات التأسيس في الظروف الصعبة حيث يكون الحفر العادي
او المسنود شبه مستحيل لوجود تربة غير ثابتة أو مياه جوفية اوسطحية معاكسة . وتستخدم
القيسونات في حالة الاحمال الكبيرة جدا مثل اساسات الجسور داخل مياه البحار
والانهار وهي ذات قطاع دائري او مربع او مستطيل تكون مفرغة من الداخل ويتم انزالها
في الأرض عن طريق التغويص ويحبذ استخدامها للاسباب التالية :
أ-عندما تكون مساحة سطح التأسيس صغيرة مقارنة مع عمق المياه .
ب-عندما لايكون نسبة نجاح مضمونة للنزح الجوفي في حالة استخدام السدود
الواقية .
ج-عند وجود كتل صخرية في التربة تمنع من دق الستائر اللوحية .
د-عندما تكون التربة المحفورة عرضة للتدفق خلال الحفر المفتوح .
رابعا – الابار الاسكندراني :
تستخدم في حال وجود طبقة قوية من التربة على عمق قريب من سطح الأرض
ولتنفيذه يتم عمل حفرة حتى نصل لهذه الطبقة ثم املاء هذه الحفرة بالزلط ( الحصى
الكبير) أو بالخرسانة العادية بعدها يتم عمل الأساس المسلح .
الشكل - بئراسكندراني
الاساسات العائمة : Floating Foundations
اذا كانت طبقات التربة المستكشفة ناعمة لعمق كبير ولا يوجد طبقة جيدة التحمل عند عمق معقول ، في هذه الحالة يمكن
استخدام الاساسات العائمة . مثلا كانشاء مبنى على تربة من الطين الناعم soft
clay تكون قدرة تحمل التربة ضعيفة جدا لذلك نستخدم
الأساس العائم ( اللبشة العائمة ) حيث يتم حفر التربة حتى نصل الى المنسوب الذي
يحقق ان الاجهادات الناتجة عن وزن التربة التي تم حفرها تساوي الى الاجهادات
الناتجة عن وزن المبنى . بمعنى اخر ،
لبناء الأساس العائم يتم ازالة كتلة من التربة ، تساوي تقريبا الى وزن
المبنى وتستبدل بالمبنى .
في هذه الحالة ، اجهاد التحمل تحت المبنى سيكون مساويا الى وزن التربة
المزالة (D γ ) والذي يكون أقل من ( +
2 C D γ qa = ) و p)Δ) سيكون مساويا الصفر .
هذا يعني ان قدرة التحمل تحت المبنى أقل من ( qa ) والهبوط
المتوقع مساويا بالتالي الى الصفر .
الشكل – أساس عائم
