Dr. Hammida
اللبشة – الحصيرة العامة ) لبشة الخوازيق ( األوتادلبشة الخوازيق( األوتاد) والتربة Mat foundation- Raft foundationMat- Pile FoundationMat & Piles Foundation-
1
2
Do you have access to a computer program that can do a finite elements analysis? If so, you can model the mat as a concrete plate, subdivided into finite elements, on soil springs. Check service load soil bearing pressures qs against the allowable soil bearing pressure q , and design the mat for factored pressures.
A
3
Check service load soil bearing pressures: qs = K*∆
∆= Deflection in joint spring K= sprink stiffness or Module of sup grade If no soil report for Module of sup grade use K= 100 q Check: qs <
q
If you design this by hand? you must assume the mat is infinitely rigid.
First off all, you calculate the soil bearing pressure at all four corners of the mat (check these against the allowable soil bearing pressure).
4
Then, using factored soil bearing pressures qu , design the concrete mat as a two way flat slab or- two way solid slabWith to layer of steal top and bottom not less than Minimum reinforcement
Conventional Method The basic assumptions in conventional method are: Foundation is rigid relative to supporting soil and compressible soil is relatively shallow. The bearing pressure is assumed to be uniform such that centroid of the bearing pressure coincides with the line of action of the resultant of all forces acting on the foundation. In case of mat foundation it is difficult to coincide the line of action of resultant force with the line of action of the soil pressure and there always exists some eccentricity. The procedure for the conventional design of a raft foundation consists of the following steps. Determine the line of action of all the loads acting on the raft as shown in Fig. 1. The self weight of raft is not considered, as it is taken directly by the soil. Determine pressure distribution.
o
o
In general, a mat foundation is subjected to eccentricity on both x and y axis, then a situation as shown in Fig. 1 occurs and in such case, the pressure, q is given by,
Where, ex is the eccentricity along x-axis, ey is the eccentricity along y-axis, Q is the resultant of all the column loads, Ixx is the moment of inertia about y-axis and y is the 5
distance of the point in y-axis from the neutral axis, Iyy is the moment of inertia about x-axis and x is the distance of the point in x-axis from the neutral axis. The maximum soil pressure as obtained from the above equation should be less than the allowable soil pressure.
Settlement of Raft Foundation The settlement is not a problem for raft on sands as allowable bearing capacity is computed on the basis of settlement criteria. However, settlement is of great concern when a raft rests on a deposit of normally consolidated clay. The net foundation pressure for computing settlement is taken as: qns = (Q/A) – γ×Df
———– (1)
The pressure in the Eq. (1) shall not cause settlement in excess of permissible value. If settlement exceeds the permissible limits, the foundation pressure should be reduced either by increasing the area under the structures or by increasing the depth of raft or by providing one or more basement. The base area of raft cannot be increased due to space limitation and hence the only practical method to limit the settlement in order to obtain a required factor of safety is to lower the elevation of the raft. If this procedure does not bring the settlement within the permissible limits then a deep foundation should be provided. 6
dvantage of Raft-Mat Foundation in Weak Soil Raft or Mat foundation cover entire floor area of structure; it is a combined foundation which support all columns and walls (structural or non-structural). We will discuss here about advantage of raft foundation in weak soil i.e. soil having very low bearing capacity.
In such condition raft foundation serves three advantages like-
Ultimate bearing capacity as proposed by different researchers have relation with width of foundation such that with increase in width ultimate bearing capacity is also increased which brings deeper layers of soil in effective zone.
The settlement of foundation is also decreased with increasing depth. The erratic behavior of foundation soil, offers always differential settlement. This type of settlement is very harmful to structure as stresses concentrated at weak points of framing system which opens cracks and often lead to failure. 7
Raft foundation minimizes differential settlement and offer act as a bridge over cavities. Structures have a limiting value of differential settlement not to be undergone damage. It is found that differential settlement measured in different parts of elements supported by raft foundation is significantly lower than identical structure supported on individual footings. It is interesting to notice that maximum settlement or total settlement has found same. Again for raft or mat foundation allowable settlement is also considered more than allowable settlement for structures supported on individual footing; in the other word, this foundation permits higher bearing capacity in this situation. Now we have to consider depth of soil layer having poor bearing capacity. When deeper soil layers have very poor bearing property, increasing width of foundation (like raft) will not always offer higher bearing capacity. We know zone of influence of foundation is a function of foundation width.
So where soil at shallow layer have comparatively fair bearing capacity than underlain deeper soil layers (having much weaker soils), it is recommended to use individual footings as zone of influence of foundation is kept within relatively stronger layer at the top. So, mat foundation is discouraged in this situation
8
How are Raft Foundations Used to Reduce Settlement? rafts are nothing but a flat slab reinforced with steel. In the design purpose equivalent frame method of flat plate/slab is used as recommendation of some codes. When C.G. (center of gravity) of loads arrived from individual columns or share walls coincide with raft’s centroid, the upward reaction from soil becomes uniform. The uniform upward reaction is equals to the sum of all loads from the columns and other members divided by area occupied by raft. It is important to note that in structural design self weight of raft is not considered as self weight is supposed to rest directly on the subsoil. Here no consideration for differential settlement (moment and shear form differential settlement) is accounted and the effects of differential settlement are compensated by using heavier reinforced section than that required from above analysis. In case of compressible soils, sometimes the total raft foundation is made compensated foundation. Now question is what is compensated foundation? The answer is the raft slab is provided at such a depth that the weight of soil excavated is equal to the weight of raft slab plus that of structure to be supported. Theoretically there should be no settlement as no pressure is increased at that level. 9
Practically the settlement is also insignificant. But total compensation is often impossible or impractical as weight of structure often becomes too large. In this situation partial compensation is used so that the settlement is in Tolerable limit. so far we considered differential properties of soils. But if loads from different columns are not distributed uniformly the raft Should be stiffened by T-beams connecting the raft with the stems. In case of subsoil that is susceptible to large differential settlement this stiffening Method is also applicable.
What is Raft Foundation? Difference between Raft Foundations and Mat Foundation Don't confuse about raft and mat foundation. Raft foundation is mat foundation. Now what is raft foundation?
Raft foundation is a thick concrete slab reinforced with steel which covers the entire contact area of the structure like a thick floor. Sometimes area covered by raft may be greater than the contact area depending on the bearing capacity of the soil underneath. The reinforcing bars runs normal to each other in both top and bottom layers of steel reinforcement. Sometimes inverted main beams and secondary beams are used to carry column loads that require thicker foundation slab considering economy of the structure. Both beams cast monolithically with raft slab. Now I shall discuss where raft foundations are required. Raft foundation is required where soils have low bearing capacity and have to support heavy structural loads. Normally structures on marshy land, soft clay and land that are made up of sanitary land fill or other materials (like debris, unconsolidated soil and solid waste etc. where differential settlement is suspected)-require raft foundation. 10
Raft foundations are preferred in the soil that are suspected to subsidence. Subsidence may occur from different sources like change in ground water level due to climatic change specially in case expansive soil or foundation in mining area. In one words, where deep foundation like pile foundation are not economical and feasible and isolated column footing is impracticable due to large footing size or overlapping of neighbor footing , raft foundation is the economical solution.
Raft Foundation
11
12
The types of mat foundation commonly employed are Flat plate mat Plate thickened under columns Two-way beam and slab Plate with pedestal Rigid frame mat Piled raft
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
الخطوات الالزمة في تصميم اللبشة والخوازيق بعد معرفة قيمة الحموالت الشاقولية الكلية نصعدها بمقدار %01مقابل تواجد العزوم والالمركزية بين مركز الحصيرة وحموالت األعمدة والجدران ونقسم على حمولة الوتد األعظمية المعطاة من تقرير التربة ومنها نوجد عدد األوتاد الكلية الالزم ونتابع كما جاء اعاله يجب تدقيق اللبشة على اجهاد الثقب من العامود ومن الخازوققد نرى رد فعل سالب في بعض الخوازيق اجهادات شادةفي حال وجود قوى افقية زلزالية كبيرة وغيرها في هذه الحالة يجب حساب تسليح الخازوق لقوة الشد وكذلك قوة االحتكاك على جوانب الخازوق > up lift في حال تواجد قوى افقية قصية على اللبشةيجب حساب حصة الخازوق من قوة القص vوئلك بتقسيم قيمة القص القاعدي الكلي على عدد الخوازيق -يجب معرفة الطول الحر للخازوق hومكان الوثاقة
للخازوق عن اسفل اللبشة حيث التربة عادة رخوة من تقرير التربة ونوجد العزم على رأس الخازوقv*h
=
-تدقيق وحساب رأس الخازوق على قوة الشد والقص والعزم اذا تواجدت باالضافة للحموالت المحورية
تصميم اللبشة على خوازيق يشابه تصميمها على التربة ويجب ان تصمم اللبشة والخوازيق على الحموالت الشاقولية واألفقية الزلزالية وفي حال تواجد = vقوة القص القاعدي األفقيةو =Mعزم االنقالب من القوى االفقية على القاعدة = Pالوزن الكلي للبناء -نوجد قوة الضغط او الشد على الخازوق: F
(F= P/n +_ M*di / sum )di2 =nعدد الخوازيق الكلي موزع بانتظام اسفل اللبشة =dبعد كل خازوق عن مركز ثقل اللبشة =sum d2مجموع مربع البعد عن مركز ثقل اللبشة على الخازوق ان يتحمل بالضغط اوالشد القوة المحوريةFحيث نزيد عدد الخوازيق او نزيد القطر تدقيق اللبشة بالثقب من حمولة العامود اعلى اللبشةومن حمولة الخازوق اسفلها األوتاد يجب ان تقاوم القوى الزلزالية األفقية ان وجدت وبما ان التربة حول رأس الخازوق رخوة سوف يتحرك ويحدثعزم انحناء اعلى الخازوق وعادة طول رأس الخازوق الحر = امتر من اسفل اللبشة ومقدارالعزم= امتر * v1حصة الخازوق ويجب تصميم رأس الخازوق على ذلك 31
-حساب لبشة الخوازيق يدوياعادة نحدد سماكة اللبشة من تحقيق اجهاد الثقب من محيط الثقب للعامود او الوتد وال يفضل وضع تسليح يقاوم الثقب تحويل حمولة الخازوق المركزة الى حمولة موزعة بانتظام على اللبشة نقوم بتصعيد حمولة الوتد بمقدار01%وتقسميها على المساحة المحصورة بين الألوتاد لنحصل على التحمل طن/م 2ونتابع ونوجد التسليح اصوال كما في اللبشات العادية ال يقل التسليح عن األصغريويمتد التسليح العلوي والسفلي على كامل طول المجازات دون ايقاف بعض القضبان ***في حال الترب الرخوة او الطينية يجب االستعانة بخوازيق مائلة تزرع على محيط اللبشة لمقاومة القوى االفقية والزلزالية
حساب لبشة الخوازيق ( األوتاد) بالحاسب ايجاد صالبة الخوازيق ) (k stiffnessوالتعويض عن الخازوق ب spring بما ان الخازوق موثوق ومدفون في التربة وممنوع من الحركة األفقية اال الحركة والهبوط الرأسى لذلك يمكن تميثلهب spring translation + assign joint springمع المحور الشاقولي فقط
يمكن تعين عامل الصالبة Kمن فرض هبوط مسموح في حال لبشة واوتاد = 0سم = Kالحمل التشغيلي للخازوق بالطن مقسوما علي الهبوط المحسوبللخازوق بالمتر ويمكن اخذ الهبوط =0سم ( .10متر) في حالة عدم معرفته من تقرير التربه فمثال اذا كان الحمل التشغيلي = 01طن k=70/.01 =7000ويمكن من قانون تحمل التربة المسموح = qولدين اk= 100 qK=100*70 = 7000 tlm
طريقة اخرى لتعين صالبة الوتد في حال عدم تواجد تقرير فني للتربةومنه قساوة الوتد K
يتم تمثيل االوتاد تحت اللبشة Spring D=PL/EA D= displacement or settlementاالنزياح الشاقولي للوتد Pقدرة تحمل الوتد -قساوة الوتدK = EA/L - K=P/D االنزياح المسموح للوتد = %0من قطر الوتد D=0.01*d dقطر الوتد. 32
يفضل تقسيم شبكة اللبشة بمربعات صغيرة 1.0*1.0المكانية تموضع الخوازيق وتقريب الفروقات في نقاط التقاطع ومسافات الخوازيق يمثل كل خازوق ب springوصالبتهk ليس شرطا ان يكون اسفل العامود او الجدار springولكن المهمان يقع وينطبق العامود او الجدار في عقد وتقاطع المربعات
-بعد اجراء التحليل على الحاسب
-
يجب ايجاد رد الفعل على الخازوق الشاقولي واألفقي وقيمة االنتقال وهبوط الخازوق وانه ضمن المسموح وفق تقرير التربة تدقيق رد الفعل األفقي على الخازوق والعزوم لحساب رأس الخازوق كما رأينا سابقا طلب تصميم اللبشة وايجاد التسليح الالزم وتحقيق اجهاد الثقب
تسليح الخازوق ( الوتد ) يجب تسليح الخازوق بالكامل اسوة بالعامود وال يقل عن نسبة التسليح األصغري من مقطعه ويجب تسليح القسم العلوي بتسليح اضافي عرضي حلزوني وطولي لمقاومة قوى القصوعزوم االنحناء ان وجدت كذلك يجب اضافة التسليح الالزم في رأس الخازوق في حال المطلوباجراء تجربة الشد في الموقع عند استالم الخوازيق ومعرفة قوة تحمل الخازوق للرفعuplift
تجارب واختبار الخوازيق ( األوتاد )هناك تجارب واختبارات تختلف حسب نوع الخازوق والتربةوالعمل المطلوب تحقيقه من الخازوق ويجب لحظها على المخططات ودفتر الشروط الفنية لمناقصة المشروع
واهم هذه االختبارات والتجارب -1تجربة اختبار الخازوق ويجب اجرائها قبل البدء بتنفيذ الخوازيق حيث يتم تنفيذ خازوق واحد طبقا لما جاء في المخططات وتقرير التربة حول طول الخازوق وقطره والتحمل األعظمي ومقدار الهبوط المسموح والوصول الى االعماق المطلوبة ضمن التربة وبعد التاكد من صحة ذلك وأخذ موافقة جهة االشراف والمهندس المسؤول يتم العمل وتنفيذ باقي الخوازيق -2التجربة الثانية هي اختبارية وفق متطلبات التصميم وتواجد قوى رفع شادة وتواجد قوى upliftتحدد قيمتها وشدتها على المخططات والمفروض تحقيها من قوى اال حتكاك لميحط الخازوق مع التربة والمفروض اجراء االختبار على وتد واحد قبل الشروع ثم تنفيذ باقي الخوازيق -3التجربة واالختبار الثالث هي تجربة استالم األوتاد والمعايرة لقدرة تحمل الخازوق ومقدار الهبوط الفعلي ومطابقة اعمال التنفيذ مع المواصفات والشروط الفنية المبينة في المخططات 33
ودافتر الشروط وطبعا هذه التجربة ال تجري على جميع الخوازيق المنفذة بل على عينة عشوائية تحدد بنسبة من العدد الكلي المنفذ - 4على االدارة وجهة االشراف تكليف مراقب فني خاص لتأمين المراقبة والتنفيذ الصحيح وفق جودة المواد وصحة االختبارات والتجارب
**-معظم المشاريع الواقعة في المناطق الزلزالية ذات الشدةالخفيفة مناطق 2-0واألبنية العادية تكون القوى الزلزالية والعزوم على القاعدة صغيرة
وال تأثير لقوى رفع و upliftلذلك ال داعي الجراء التجربة اما األبنية البرجية العالية وتواجد عزوم تعمل على القاعدة ستودي الى حدوث قوى ضاغطة شادةوتواجد upliftيشد الخازوق الى األعلي فيجب عمل تجربة upliftعلى خازوق واحد قبل البدء بتنفيذ الخوازيق اذن هذه التجربة يعتمد اجراءها ام ال على حالة تواجد upliftام ال.
تواجد منسوب المياه
عملية تنزيل مستوى المياه الجوفية او ما يسمىDewatering
في حال وجود مياه ومنسوب المياه اعلى من مستوي اللبشةيجب تنزيل منسوب المياه بضخها وتصريفها الى اقرب مجرور لإلمكانية تنفيذ اللبشة واألوتاد وشفط وضخ المياه يستمر طوال مدة التنفيذ فالمياه تفقد التربة حول محيط الوتد خاصية االحتكاك اوتقللها في بعض الترب وال تعمل على الشد وقد ترتفع اللبشة وتنقلع الخوازيق اذا لم يتم ضخ وشفط المياه وتنزيل المستوي حتى اسفل اللبشة -حيث اليمكن تنفيذ الخوازيق وال حتى اللبشة دون شفط المياه وعملDewatering
34
35
36
37
Design of piled - Raft Foundations ( شارك لبشة التربة مع الخوازيق ) اوتاد او شارك لبشة الخوازيق مع التربةتوفر تقريبا %30من عدد الخوازيق
تصميم اللبشة الحصيرة ( مع مشاركة الخوازيق) ألوتاد و التربة في تحمل األوزان والجهود من الحموالت الشاقولية والزلزالية على اللبشة
-من اهم فقرات التصميم
يجب درأسة تأثير العمل المشترك بين هبوط الخازوق وهبوط التربة و ايجاد صيغة وعامل رد فعل مشترك واحد بين عامل رد فعل التربة smart springوعامل رد فعل الخازوق يسمى عامل النابض الذكي ففي حال هبوط التربة اكبر من هبوط الوتد ستنتقل كامل الحمولة .الى الوتد وينهار الوتد او اللبشة والعكس صحيح مشاركة اللبشة بتحمل التربة والخوازيق :
-في حال األبنية العالية والتربة تحملها مقبول لكن غير كافي من اجل لبشة يمكن زرع اوتاد – خوازيق
springتمثل على البرامج كالعادة بعمل شبكة بتباعد منتظم ومشاركة التربة مع الخوازيق وادخال عامل رد فعل التربة كما في لبشة لوحدها وكذلك يضاف عامل رد فعل الخازوق عند كل خازوق لكن تطبيق هذه الطريقة يحتاج تقرير تربة يأخذ به تأثير العمل المشترك بين هبوط التربةوهبوط الخازوق ومعامل رد الفعل ومنه اعطاء تحمل التربة المسموح وحمولة الخازوق كذلك يجب التأكد من ان الكود المعمول به يسمح بهذه الطريقة مشاركة التربة والخازوق فيالتحمل المشترك
ت
38
-In situations where a raft foundation alone does not satisfy the design requirements, it may be possible to enhance the performance of the raft by the addition of piles.
- The use of a limited number of piles, strategically located, may improve both the ultimate load capacity and the settlement and differential settlement performance of the raft.
-
39
design of piled raft foundations.مشاركة الخوازيق و التربة في تحمل حموالت اللبشة
د
.
40
41
42
Of the most important paragraphs of design should study the effect of the Joint Working Group of the falling pile and fall of the soil and find a grade reaction formula and factor common reaction one between sub smart spring worker and worker response pile reaction called spring factor smart In the case of soil subsidence greater than the drop pile will move full load piles and breaks down to piles or mat and vice versa In the event of high rises and soil carried acceptable but not enough for -the transplant can mat- piles Regular spacing and share the soil with piles represent the programs work as usual spring network And the introduction of sub grade reaction as factor in mat alone as well as the added factor reaction pile at each pile 43
But the application of this method takes the soil report by the impact of joint work between the soil decline and fall of the stake and the coefficient of reaction and give him carrying a load of soil and allowed the pile needs Also must make sure that the applicable tag allows participation in this way the soil and pile in the joint Assume springs for soil and piles getting modulus of sub grade
For soil mat ∆ pile =∆ soil
for piles K= 100 P OR : ∆ = p*L/EA FOR ALLOW
44
∆ = 1cm
p= pile Load K=EA/L =P/ ∆ k=P/0.01 = 100 P
45
خوازيق مائلة لمقاومةالقوى األفقية
46
47
Dr. Hammida
48
