توزیع تنش در خاک

تأثیر فشار ناشی از فونداسیون، خاک زیر آن در اعماق مختلف، تحت افزایش تنش قرار می گیرد. افزایش خالص در تنش خاک، بستگی به بار وارد بر واحد سطح تماس شالوده، عمق و فاصله نقطه مورد مطالعه از شالوده و چند عامل دیگر دارد. با تأثیر سربار، تنش های فشاری در لایه های خاک به وجود آمده و باعث فشرده شدن آن می شود.

فشردگی خاک ناشی از تغییر شکل فشاری و جابه جایی ذرات خاک، رانده شدن هوا و آب از حفرات خاک و عوامل دیگر است. در یک خاک به خصوص، یک یا تعدادی از عوامل فوق ممکن است مشارکت داشته باشند. از آنجایی که فشرده شدن خاک باعث نشست سازۀ واقع بر روی آن می شود، از نقطه نظر مهندسی به این پدیده، نشست خاک می گویند.

برای محاسبات نشست، لازم است افزایش خالص تنش قائم خاک به علت احداث شالوده تعیین شود. با استفاده از تئوری الاستیسیته، اصول تعیین افزایش تنش قائم در خاک مورد بررسی قرار می گیرد. اگرچه نهشته های طبیعی خاک در اکثر حالات کاملاً همگن، ایزوتروپیک (همسانگرد) و الاستیک (کشسان) نیستند، ولی محاسبات انجام شده برای تعیین افزایش تنش با استفاده از تئوری الاستیسیته نتایج نسبتاً خوبی برای کارهای عملی به دست می دهد.بارهای ناشی از یک سازه از طریق پی، به خاک منتقل می شود. در طراحی هر پی دو شرط پایداری زیر باید تامین شود.

• پی نباید فرو بریزد، یا زیر هر بارگذاری قابل تصور ناپایدار شود.
• نشست سازه باید در داخل محدوده مجاز باشد. اغلب نشست در طرح پی های کم عمق تعیین کننده هستند. اگر مقدار نشست پس از مقادیر حداکثری بیشتر باشد، عملکرد پی در هاله ای از ابهام قرار گرفته و برای سازه اصلی خطر جدی محسوب می شود.

عوامل بسیاری در مقدار نشست پی موثر هستند که از جمله آنها می توان به هندسه پی (طول و عرض)، عمق پی، مشخصات خاک زیر پی و نهایتاً بار اعمالی از طرف سازه به پی اشاره کرد. با تأثیر سربار، تنش های فشاری در لایه خاک به وجود آمده و باعث فشرده شدگی و نهایتاً باعث نشست خاک و سازه فوقانی می شود. یکی از مسایل مهم در تحلیل های نشست خاک به دست آوردن پروفیل معتبر تنش ناشی از بار اعمال شده و چگونگی توزیع تنش مربوطه است. در این راستا قوانین گوناگونی با فرضیات مختلف به دست آمده، که از آن جمله روش شیب 2 به 1، روش بوسینسک، روش و سترگارد و … هستند.

بعد از محاسبه مقدار تنش حاصل از بارگذاری و استفاده از روش های موجود تخمین نشست، می توان مقدار نشست را محاسبه کرد. از طرفی تجربیات و آزمایش ها به خوبی بیانگر رفتار الاستوپلاستیک خاک است. در واقع خاک را نمی توان الاستیک تصور نمود و معادلات به دست آمده از فرض الاستیک، بسیاری از جنبه های رفتاری خاک را در بر نخواهد داشت. جهت تعدیل این ضعف و دقت بیشتر نتایج محاسبات و معادلات، بسته به نوع هر مسئله می توان از مدل های رفتاری کامل تری مانند مدل های الاستیک غیر خطی یا الاستوپلاستیک استفاده کرد.