أساس الحصيرة أو اللبشة: شرح أنواعه وتصميمها
ما هو أساس الحصيرة (Raft Foundation)؟
يتكون أساس الحصيرة أو اللبشة من بلاطة خرسانية كبيرة أو بلاطة وجسر يرتكز على التربة أو الصخر ويدعم جميع الأحمال من خلال عدد من الأعمدة أو الجدران. يُصنف هذا الاساس ضمن الأساسات الضحلة.
عندما يتم دعم الأساس على ركائز، يُطلق عليه اسم piled raft.
في هذه المقالة، ستتعرف على كل شيء عن الأساس الحصيري أو Mat Foundation وأنواع أساس الحصيرة وتصميمها وما إلى ذلك بالتفصيل.
اذاً هيا بنا نبدأ.
الحالات التي يتم فيها استخدام أساس الحصيرة.
يتم استخدام أساس الحصيرة في الحالات التالية:
1. في الهياكل مثل المداخن، الصوامع (السايلو)، أبراج التبريد، المباني ذات الطوابق السفلية حيث يلزم وجود العزل المستمر للماء؛
وفي الأساسات العائمة حيث يلزم وجود هيكل صلب لتقليل الهبوط (settlement).
2. حيث يتم تقليل الهبوط التفاضلي (differential settlements) في الهياكل.
كما لاحظ Terzaghi و Peck ، فإن الهبوط التفاضلي في الحصيرة هو فقط نصف تلك الموجودة في الأساسات ذات نفس كثافة التحميل، بسبب التوزيع العشوائي للمناطق القابلة للانضغاط.
وأيضًا بسبب التأثير المتصلب للحصيرة وهيكل المبنى.
بسبب الاستمرارية واللحظات السلبية، تميل عزوم الإنحناء التي تنتج في الأطواف إلى أن تكون أقل.
وبالتالي، عادةً ما يتم تحديد الحد الأقصى المسموح به للهبوط البالغ 50 مم لأساسات الحصيرة.
بينما بالنسبة للأساسات الأخرى، يتم تحديد 25 مم فقط لنفس الهبوط التفاضلي المسموح به البالغ 18 مم (3/4 inches) لكلا الحالتين.
3. أساس الحصيرة مخصص لسد جيوب النقاط الضعيفة في التربة الضعيفة إلى حد ما.
4. في الحالات التي قد تتلامس فيها الأساسات الفردية أو تتداخل مع بعضها البعض، ويُنصح بحفر الموقع بالكامل بدلاً من الأرض تحت أساسات فردية.
في مثل هذه الحالات، يجب إجراء تحليل دقيق لمعرفة ما إذا كانت الأساسات الفردية أو الحصيرة أكثر اقتصاداً.
بشكل عام، عندما يكون الهبوط المتوقع صغير، تميل الألواح والأساسات الفردية إلى أن تكون أرخص من الحصيرة، الأمر الذي يتطلب المزيد من الفولاذ لتحمل لحظات قص وانحناء متزايدة بسبب الاستمرارية.
5. من المهم جدًا أنه عندما نعتمد أساسًا على شكل حصيرة، يجب أن نتحقق بعناية مما إذا كانت هناك أي نقاط ضعف أسفل الأساس.
حيث يتم الشعور بتأثير الأساس على عمق 1 إلى 2 ضعف اتساعه تحته.
يجب أن ندرك أن لمبة الضغط في الحصيرة العريضة تمتد إلى طبقات أعمق مما كانت عليه في القواعد.
في الحالات التي توجد فيها رواسب من التربة تحت الطبقات الصلبة، يجب تفضيل الأساسات الفردية على الحصيرة.
6. من الممارسات المعتادة هذه الأيام استخدام الأساس الحصري فوق الركائز لتقليل الهبوط.
لهذا الغرض، يتم أخذ جزء فقط من الحمل بواسطة الركائز.
وتسمى هذه piled rafts.
أنواع أساس الحصيرة واستخداماتها.
يمكن تصنيف الأساس الحصيري على النحو التالي (كما هو موضح في الشكل أدناه):
1. أساس حصيرة عادي (Plain slab rafts).
أسس حصيرة البلاطة العادية عبارة عن ألواح خرسانية مسطحة مع أو بدون قواعد.
2. الجسر و حصيرة البلاطة (Beam and slab rafts).
الجسر والبلاطة هي تلك التي تحتوي على عوارض سفلية أو عوارض منتصبة.
(نظرًا للصعوبات والمخاطر في البناء، فإن الجسور المرتفعة ذات المواد الحبيبية المضغوطة بين الجسور المغطاة بالخرسانة الكتلية هي أكثر شيوعًا من الجسور السفلية.)
يمكن أيضًا استخدام حصيرة ذات حافة صلبة مع الحامل السفلي المحيطي أو جسر متدرج كقاطع ضد دخول الماء إلى الطابق الأرضي وهو شائع جدًا في الممارسة العملية.
3. حصيرة خلوية أو حصيرة طفو صلبة (Cellular rafts).
تعتبر الأطواف الخلوية (حصيرة الطفو الصلبة) للأساسات المعوضة ضرورية لتجنب الهبوط التفاضلي.
تستخدم هذه الإجراءات بشكل أساسي في التربة الضعيفة جدًا.
4. حصيرة الركيزة (Piled rafts) هي أساس حصيري مدعم على ركائز.
هذا تقاسم الأحمال هو وسيلة للحد من الهبوط في المباني.
5. حصيرة الشريط وأساسات الشبكة (Strip rafts).
يتم أيضًا تصميم حصيرة الشريط وأساسات الشبكة بشكل عام وفقًا لنفس مبادئ الأساس الحصيري.
الأحمال على أساس الحصيرة.
يمكن أن يتعرض الأساس الحصيري للأحمال الرأسية والأحمال الأفقية وأيضًا لعزوم من ألواح العمود.
سيكون التحميل الإجمالي من كتلة من R.C frame وطابوق وتشطيبات اللبخ حوالي 12.5 كيلو نيوتن/م2 لكل طابق مقارنة بالحمل الحي البالغ 2 كيلو نيوتن/م2 المفترض لتصميم الأرضيات.
وبالتالي، بالنسبة للشقة المكونة من أربعة طوابق (أرضي + ثلاثة)، سيكون ضغط الأرض حوالي 50 كيلو نيوتن/م2 فقط.
(بشكل عام، ستتراوح أحمال عمود الشقة السكنية المكونة من أربعة طوابق من 20 إلى 80 طنًا، بمتوسط حمولة العمود من 40 إلى 50 طنًا).
قد نتحمل أيضًا حمولة أعلى تبلغ 25 كيلو نيوتن/م2 للطابق الأرضي.
تعمل القوى الأفقية مثل الرياح والزلازل على زيادة الأحمال الرأسية في جزء واحد وتقليلها في أجزاء أخرى.
قد تنتج أيضًا عزوم عند قاعدة الأعمدة، والتي بدورها ستؤثر على ضغوط الحصيرة.
شاهد الفيديو لفهم أفضل للأساس الحصيري أو اللبشة.
التصميم الإنشائي للأساس الحصيري.
للحصول على تصميم ناجح ، يجب تنفيذ تخطيط الأساس الحصيري مع مراعاة كل من الهبوط (settlements) وقابلية التحمل (bearing capacity).
على سبيل المثال، أدى مبدأ البلاطة المسطحة (flat slab) الذي تم استخدامه بنجاح كبير في العديد من الحالات أيضًا إلى فشل هيكلي في العديد من الحالات الأخرى بسبب عدم فهم الأساسيات.
من الواضح جدًا أن مبدأ البلاطة المسطحة المستند إلى انحراف (deflection) صغير يكون صالحًا فقط عندما يكون الهبوط التفاضلي بين الأعمدة صغير.
في الحالات، حيث الهبوط التفاضلي كبير، لن يمنحنا تحليل البلاطات المسطحة الكبيرة نتائج مرضية أبدًا.
في الأساس، تم استخدام النهجين التاليين لتصميم أساسات الحصيرة.
- نهج الأساس الصلب (Rigid foundation): نهج تجريبي دون النظر في طبيعة التربة.
- نهج الأساس المرن (Flexible foundation): بالنظر إلى طبيعة التربة من خلال معامل تفاعل التربة أو معامل مرونتها (modulus of elasticity).
في نهج الأساس الصلب، يُفترض أن تكون الحصيرة صلبة، ويُفترض أن يكون توزيع الضغط إما موحدًا أو متغيرًا خطيًا.
تم تصميم الحصيرة الصلبة إما كنظام أرضي، (لوح مسطح أو لوح ثنائي الاتجاه) أو كسلسلة من الركائز المدمجة في اتجاهات X و Y.
تؤخذ في الاعتبار فقط قدرة تحمل التربة (ولكن ليس مرونتها).
في نهج الأساس المرن، لدينا نموذجان هما نموذج Winkler و نموذج Elastic Half Space.
هنا أيضًا قد نصمم الحصيرة بأكملها كنظام واحد باستخدام برامج معقدة مثل طريقة العناصر المحدودة (finite element method).
أو يتم تحليلها كسلسلة من الحزم على أسس مرنة في اتجاهي X و Y عن طريق تحليل العناصر.
على أي حال، فإننا نعطي حوالي 1.5 متر من الامتدادات للحصيرة (أو جسر حافة) عند الحواف، للعناية بالرفع العلوي وظروف الحواف الأخرى.
طرق تصميم أساس الحصيرة.
فيما يلي بعض الطرق الموصى بها المستخدمة لتحليل أساسات الحصيرة للمباني على الأعمدة.
(تعتمد الطريقة التي سيتم استخدامها على الصلابة النسبية للحصيرة فيما يتعلق بتربة الأساس.)
- تحليل العارضة الصلب – Rigid beam analysis (الطريقة التقليدية).
- تحليل نموذج وينكلر على شكل ألواح أو عوارض على أسس مرنة.
- كلوحات على عوارض على مساحة نصف مرنة (elastic continuum).
- الحلول الجاهزة ذات الشكل المغلق من خلال نظرية المرونة.
- طريقة ACI المبسطة للعوارض على أساس مرن.
- طريقة ACI للوحات على أساس مرن.
التفاصيل العملية التالية مهمة للغاية.
يجب أن يتوافق تفصيل الفولاذ مع الممارسة القياسية مع درازة كلا الوجهين بفولاذ متساوٍ؛
للتعويض عن نقص المعرفة بعلامات عزوم الانحناء في أساس حصيرة حقيقية بسبب اختلاف ظروف الأساس.
القاعدة البسيطة هي استخدام عمق اللوح بمقدار 50 مم أكثر من الأعماق الفعالة الأكبر التي تم الحصول عليها من قص الاختراق (punching shear) واعتبارات عزم الانحناء.
يجب توفير حد أدنى من الستيل بنسبة 0.5 في المائة على كلا الوجهين (بإجمالي 1%) في كل اتجاه من البلاطة.
كما يجب استخدام غطاء خارجي كبير بحجم 75 مم وغطاء داخلي مشابه يبلغ 45 مم على الأقل.
الخلاصة
يعد تحليل أساس الحصيرة أو اللبشة مشكلة تفاعلية معقدة للغاية بين التربة وبنية التربة حيث من الصعب جدًا تقدير معلمات التربة المعنية.
يجب ألا تأخذ أي طريقة عملية في الاعتبار ضغوط الاتصال (contact pressures) فحسب، بل يجب أيضًا مراعاة الهبوط طويل وقصير المدى الذي يمكن إنتاجه في الهيكل.
في الحالات المهمة، يجب إجراء التجربة لمجموعة من القيم بدلاً من خاصية واحدة للتربة.
من المستحيل التنبؤ بالنقاط الدقيقة للحد الأقصى والحد الأدنى من العزوم ونقاط التحكم في الحركة.
لذلك من المهم جدًا أن تتوافق تفاصيل الفولاذ الذي نستخدمه مع الممارسة القياسية لتفاصيل التعزيزات الموصى بها لأساس الحصيرة.
بشكل عام، يتم توفير التعزيزات في كل من الطبقات العلوية والسفلية في كلا الاتجاهين ويجب ألا تقل الكمية عن 0.5 بالمائة من المقطع في كل طبقة.
فيما يلي مقالات مهمة لتقرأها بعد ذلك:
- أهم 5 أسباب لفشل الأساس تحت المنزل وكيفية إصلاحه
- تجربة القص المباشر للتربة مع المناقشة (Direct Shear Test)
شكراً! لقراءة هذا المقال. من فضلك، لا تنسى مشاركته.
