بررسی عددی آسیب ساختمان با پی سطحی واقع بر خاک متورم شونده ناشی از تغییرات مکش بافتی

به طور کلی هرگونه آسیب و شکستگی در پی ساختمان، سبب نشست آن و در نتیجه خرابی فونداسیون و آسیب به سازه می‌شود. از نظر مهندسی ژئوتکنیک، خاک‌های متورم‌شونده از مهم‌ترین گروه‌های خاکی هستند که باید قبل از مطالعات طراحی، مشخصات آن‌ها به طور دقیق مشخص شود. این گونه خاک‌ها آسیب قابل توجهی به سازه‌ها وارد می‌کنند. پی‌های سطحی از قبیل پی منفرد و نواری ممکن است تحت تآثیر نشست نامتقارن، دوران و لنگر ناشی از تورم خاک، دچار آسیب شوند. یکی از عواملی که منجر به نشست نامتقارن و دوران در پی ها می‌شود، نفوذ آب در زیر پی است. اغلب لایه‌های خاک نزدیک به سطوح زمین که رفتار مهندسی آن‌ها حائز اهمیت است در حالت غیراشباع قرار دارند، بنابراین درک رفتار دقیق خاک، مستلزم بهره‌گیری از قوانین پیچیده مکانیک خاک غیر اشباع است. در خاک متورم شونده، نفوذ آب باعث کاهش مکش بافتی و درنتیجه کاهش مقاومت برشی و نیز افزایش حجم خاک می‌شود. در این مقاله، بررسی عددی رفتار پی سطحی در دو مدل پی منفرد و نواری، تحت عوامل تغییردهنده مکش بافتی مانند ترکیدگی لوله و چاه جذبی، صورت گرفته است. با استفاده از نرم‌افزار ژئواستودیو sigma/w و آنالیز کوپل، تاثیر هم‌زمان تغییر در مکش بافتی و تغییر در تنش و کرنش مورد بررسی قرارگرفته است. هم چنین اثر تعداد طبقات ساختمان و تغییر در موقعیت ترکیدگی لوله و یا چاه جذبی بر روی نتایج بررسی شده است. تحلیل نتایج نشان می‌دهد که ترکیدگی لوله و چاه جذبی با گذشت زمان باعث افزایش فشار آب حفره‌ای در خاک شده و به دلیل ویژگی‌های خاک متورم شونده، هرچه شدت بار وارد بر خاک یا تعداد طبقات ساختمان کمتر باشد، مقادیر تورم خاک بیشتر خواهد بود. در مجموع رده آسیب به سازه برای پی منفرد بیشتر از پی نواری می‌باشد و در بسیاری موارد، ساختمان آسیب بسیار شدید را تجربه خواهد کرد و لذا استفاده از پی نواری با رعایت ضخامت مناسب برای ساختمان واقع بر خاک متورم شونده توصیه می‌شود.

numerical study of building damage with surface foundation located on expansive soil caused by matric suction changes

in general, any damage or breakage in a building's foundation will cause it to settlement, resulting in damage to both the foundation and the structure itself. considering the extent of the construction, it is important to pay attention to the issues related to the design and performance of the foundation of the structure. from a geotechnical engineering perspective, expansive soils are among the most important soil groups that need to have their characteristics accurately determined before design studies. such soils cause significant damage to structures. for this reason, the behavior of expansive soils should be investigated and determined in advance to minimize the damage caused to the structure. shallow foundations such as singular and strip foundations may be affected by non-uniform settlement, rotation, and bending moment due to soil expansion, leading to damage. one of the factors leading to non-uniform settlement and rotation in foundations is water infiltration under the foundation. often, soil layers near the ground surface, crucial for engineering purposes, are in an unsaturated state. thus, understanding the precise behavior of soil necessitates the application of complex unsaturated soil mechanics principles. in expansive soils, water infiltration causes a reduction in matric suction and consequently a decrease in shear strength and an increase in soil volume. in this paper, a numerical investigation of the behavior of shallow foundations in two models of singular and strip foundations under changing factors such as pipe bursting and absorption well has been conducted. using geostudio sigma/w software and couple analysis, the simultaneous effect of change in matric suction and change in stress and strain has been investigated. additionally, the effect of the number of building stories and changes in the position of pipe bursting or absorption well on the results has been studied. the analysis of the results indicates that pipe bursting and absorption wells lead to an increase in pore water pressure in the soil over time. additionally, due to the characteristics of expansive soil, the damage to the structure increases with the passage of time and it has grown more in the first month. also, the category of damage to the structure is more severe for the models where the one-story structure is built on the foundation. due to the bursting of the pipe or the existence of the absorption well and also the expansive property of the soil under the foundation, the lower the intensity of the load on the soil or the number of floors of the building, the higher the swelling values of the soil will be. so it is recommended to construction tall structures on this soil. the amount of damage in the case of pipe burst is estimated to be higher than that of the absorption well. in terms of angular distortion, water permeation under the foundation and in neighboring borders, and in terms of horizontal strain, permeation under the center of the foundation are responsible for the most damage. overall, the damage rating to the structure is higher for singular foundations than for strip foundations, and in many cases, the structure will experience severe damage, thus the use of strip foundations with appropriate thickness for buildings located on expansive soils is recommended.