خاکهای موجود در نواحی مختلف زمین دارای ویژگیهای خاص و ظرفیت باربری متفاوت هستند. از اینرو، با توجه به مشخصات خاک، اندازه و بار اعمال شده از طرف سازه باید فونداسیون مناسب برای شرایط موجود را انتخاب کرد. به منظور انتخاب فونداسیون مناسب برای هر سازه، نیاز به آشنایی با انواع فونداسیونها و ویژگیهای آنها است.
به طور کلی، فونداسیونها به دو دسته سطحی و عمیق تقسیم میشود. این تقسیمبندی بر اساس عمق خاک بستر صورت میگیرد. در فونداسیونهای سطحی،معمولا عمق خاک کمتر از عرض فونداسیون است. در طرف مقابل، فونداسیونهای عمیق، عرض بیشتری نسبت به عمق خاک بستر دارند.
انواع فونداسیونهای سطحی عبارت هستند از:
- پی منفرد یا پی مجزا
- پی ترکیبی
- پی دیواری یا پی نواری
- پی گسترده
- پی طره ای یا پی باسکولی
انوع فونداسیونهای عمیق نیز شامل موارد زیر میشوند:
- فونداسیون شمعی
- فونداسیون پایه ای
- فونداسیون صندوقه ای (کیسون)
فونداسیون سطحی چیست و به چند نوع تقسیم می شود؟
فونداسیون سطحی، یکی از انواع اصلی فونداسیونها است که بارهای اعمال شده از طرف سازه را به اعماق نزدیک سطح زمین انتقال میدهد. این فونداسیون، گزینه مناسبی برای سازههای سبک محسوب میشود. به فونداسیونهای سطحی، پی نیز میگویند. در ادمه، به معرفی متداولترین انواع پی میپردازیم.
پی منفرد یا مجزا چیست؟
پی منفرد یا پی مجزا، پرکاربردترین، سادهترین و کم هزینهترین نوع فونداسیونهای سطحی است. این نوع پی معمولا در عمق کم و به منظور تحمل و توزیع بارهای متمرکز کف پایه و ستون مورد استفاده قرار میگیرد. کاربرد اصلی پی منفرد در ساختمانهای معمولی (حداکثر پنج طبقه) است. سطح مقطع پی منفرد میتواند به شکل مربع یا دایره باشد. در صورت احتمال وجود گشتاورهای ناشی از اعمال بارهای نامنظم یا نیروهای افقی، شکل مستطیلی پی منفرد مورد استفاده قرار میگیرد. ابعاد این نوع پی، با توجه به بار مورد انتظار در کف ستون و ظرفیت باربری مجاز در خاک محاسبه میشود.
در یک پروژه کوچک ساختمانی معمولا در زیر هر ستون، یک پی منفرد ساخته میشود. هر یک از این پیها، بارهای اعمال شده از طرف ستون را به طور مستقیم به زمین منتقل میکند. در ساخت این نوع پی معمولا از بتن معمولی یا بتن مسلح استفاده میشود. البته در هنگام استفاده از بتن معمولی برای ساخت پی منفرد باید ابعاد پی به اندازه کافی بزرگ باشد تا توزیع بار به خوبی در آن صورت گیرد. کاربرد بتن معمولی در زمینهایی است که احتمال رخ دادن نشست در آنها وجود ندارد. به کارگیری پی منفرد در سازههای بزرگ یا سنگین به هیچ عنوان توصیه نمیشود. پی منفرد برای استفاده در شرایط زیر از نظر اقتصادی به صرفه و از نظر ایمنی مناسب است:
- سازههایی با بار نسبتا پایین
- ستونهایی با فاصله نسبتا زیاد
- زمینهایی با ظرفیت باربری بالا در عمق کم
پی ترکیبی چیست؟
پی ترکیبی شباهت زیادی به پی منفرد دارد. در مواقعی که ستونهای سازه به هم نزدیک باشند، پی آنها با یکدیگر همپوشانی خواهد داشت. در این حالت، پی ترکیبی به وجود میآید. با وجود شباهت زیاد پی ترکیبی به پی منفرد، طراحی این دو متفاوت است. در تصویر زیر، نمونهای از یک پی ترکیبی را مشاهده میکنید.
پی ترکیبی، انواع و شکلهای مختلفی دارد. پی دال، پی دال و تیر، پی گسترده و پی تسمه ای با شکل مربعی، مستطیلی، T و ذوزنقهای به عنوان پی ترکیبی در نظر گرفته میشوند. هنگامی که بار اصلی سازه بر روی ستونهای آن باشد، پی ترکیبی با مقطع مستطیلی مورد استفاده قرار میگیرد. هدف اصلی به کارگیری پی ترکیبی، توزیع یکنواخت بار به سطح زیر پی است. به منظور دستیابی به این هدف باید مرکز جرم پی دقیقا زیر برآیند بارهای اعمال شده از طرف روسازه قرار داشته باشد. استفاده از پی ترکیبی برای شرایط زیر مناسب است:
- نزدیکی ستونهای سازه به یکدیگر
- نزدیکی ستون به محدوده بیرونی سازه و احتمال بیرون زدن پی منفرد از محدوده
- محدودیت ابعاد پی در یکی از جهتها
پی دیواری یا پی نواری چیست؟
پی دیواری یا پی نواری، باریکهای از جنس سنگ، آجر یا بتن مسلح است که بار اعمال شده از سمت دیوارهای باربر را به زمین منتقل میکند. پی دیواری به صورت پیوسته و در امتداد طول دیوار ساخته میشود. به همین دلیل، به آن پی پیوسته نیز میگویند. عرض پی دیواری معمولا بین دو تا سه برابر عرض دیوار روی آن است. به همین دلیل، بارهای اعمال شده از طرف سازه بر روی سطح بیشتری توزیع میشوند. در نتیجه، پایداری بهتری برای کل سازه فراهم میشود.
پی دیواری برای ستون، دیوار و پایههایی مورد استفاده قرار میگیرد که عمق لایه خاک بستر آنها حداکثر 3 متر از سطح زمین فاصله داشته و ظرفیت باربری خاک بستر برای نگهداری از وزن سازه در تمام نواحی کافی باشد. به همین دلیل، استفاده از پی دیواری در بستری با سطح آب زیرزمینی بالا (به دلیل احتمال آبشستگی یا روانگرایی خاک) مناسب نیست.
پی دیواری برای شرایط زیر مناسب است:
- کوچک بودن بارهای قابل انتقال
- متراکم بودن خاک زیر سازه
پی گسترده چیست؟
پی گسترده، بر روی تمام محیط سازه اجرا میشود. این نوع پی به منظور تحمل بارهای سنگین اعمال شده از طرف ستون و دیوارها مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع، کاربرد اصلی پی گسترده برای مواقعی است که میزان بارهای اعمال شده از طرف سازه به ستون و دیوارها بسیار بالا باشد. در این حالت، استفاده از پی گسترده باعث جلوگیری از رخ دادن نشستهای متفاوت در نقاط مختلف میشود.
برای اجرای پی در خاک متورم شونده، پی منفرد و دیواری به دلیل ظرفیت باربری پایین خاک مناسب نیست. در این شرایط، استفاده از پی گسترده گزینه بهتری خواهد بود. در صورتی که اجرای پی منفرد یا پی دیواری، نیمی از مساحت کف سازه اشغال کند، به کارگیری پی گسترده از نظر اقتصادی به صرفهتر است. استفاده از پی گسترده نیز در بستری با سطح آب زیرزمینی بالا (به دلیل احتمال آبشستگی یا روانگرایی) مناسب نیست. به طور کلی، این نوع پی برای شرایط زیر مناسب است:
- وجود خاک ضعیف و نیاز به توزیع بار در مساحت زیاد
- وجود طبقه زیرزمین در سازه
- نزدیک بودن ستونها
- مناسب نبودن استفاده از انواع دیگر پی
- نیاز به پیشگیری از نشست نامتقارن
پی طره ای یا پی باسکولی چیست؟
پی طره ای شباهت زیادی به پی ترکیبی دارد. دلایل انتخاب این دو نوع پی نیز یکسان است. در در این حالت، پی زیر ستون به طور جداگانه ساخته شده و توسط تیر به یک یا چند پی دیگر متصل میشود. به طور کلی، در شرایطی که امکان عبور پی از محدود سازه وجود نداشته باشد، پی موجود در کناره محدوده را با مساحت کمتری میسازند. سپس، پی کناره محدوده و پی داخل محدوده را توسط یک تیر به هم متصل میکنند.