آشنایی با مفاهیم مهندسی پی

مهندسی پی و مکانیک خاک یکی از مهم ترین مباحث در رشته مهندسی عمران هستند و باید بدانید که طراحی و تحلیل پی در ساخت هر سازه اهمیت بسیار زیادی دارد.

آیا با رشته مهندسی پی آشنایی دارید؟

آیا می‌دانید این رشته تا چه اندازه در ساختمان‌سازی اهمیت دارد؟

با انواع فونداسیون و کاربردهای آن آشنایی دارید؟

اگر به دنبال پاسخ سؤالات بالا هستید، با ما همراه باشید تا به طور کامل سؤالات بالا را مورد بررسی قرار دهیم و اطلاعات لازم و کاربردی را در اختیار شما عزیزان قرار دهیم.

پی ساختمان که با نام فونداسیون ساختمان نیز شناخته شده است، یکی از مهم‌ترین موضوعاتی است که در ساخت هر سازه مطرح می‌گردد. به طور کلی باید بدانید که پی ساختمان از مهم‌ترین بخش‌های اصول مهندسی است. در صورتی که به آن توجه کافی نشود، دوام و استحکام ساختمان عملاً در معرض آسیب‌های جدی قرار می‌گیرد.

به دلیل اهمیت پی یا فونداسیون در رشته مهندسی عمران، در هنگام ساخت یک سازه باید در بخش فونداسیون، فردی عهده‌دار طراحی و نظارت شود تا عملیات فونداسیون با تمرکز کافی انجام شود. همچنین لازم است بدانید در هنگام برنامه‌ریزی‌هایی که جهت طراحی پلان ساختمان انجام می‌شود، مهندسین باید بهترین تجهیزات و مصالح را برای انجام این عملیات انتخاب کنند.

اکنون که با اهمیت رشته مهندسی پی تا حدودی آشنا شده‌اید، به سراغ تعریف کلی‌تری از پی یا فونداسیون می‌رویم. انواع آن را معرفی می‌کنیم، کاربردهای آن را شرح داده و در نهایت به بررسی این شاخه و کلیت درس‌های آن در رشته مهندسی عمران می‌پردازیم. همچنین با مشاهده آموزش طراحی شالوده (فونداسیون) سطحی با نرم افزار SAFE نیز می‌توانید به طراحی پی بپردازید.

مهندسی پی یا فونداسیون چیست؟

در یک تعریف کلی باید بگوییم، فونداسیون یا پی به قسمتی از سازه می‌گویند که نقش مهمی در اتصال سازه و خاک به یکدیگر دارد و در واقع از طریق این بخش است که بار بین زمین و سازه انتقال می‌یابد. به بیان دیگر پی یا فونداسیون بخشی از سازه است که به طور مستقیم با خاک در تماس بوده و وظیفه دارد بار را به زمین انتقال دهد.

وجود فونداسیون یا پی موجب می‌شود که سازه پایدار بوده و واژگونی رخ ندهد. همان طور که می‌دانید ساختار خاک نرم بوده و تحمل آن بسیار کم است و از این جهت برای آن که بتوان سازه‌ای را بر روی آن بنا کرد، لازم است خاک استحکام لازم را پیدا کند. در این جا مهندسی پی یا همان فونداسیون مطرح می‌شود و با استفاده از پی، انتقال بارهای قسمت فوقانی خاک به زیر خاک انجام می‌شود. در بخش بعدی مقاله، در رابطه با اهمیت استفاده از فونداسیون صحبت خواهیم کرد.

اهمیت مهندسی پی در ساخت یک سازه چیست؟

دانستید که ساختار خاک به گونه‌ای است که خودش به تنهایی استحکام لازم را ندارد و از پی جهت بالا بردن استحکام خاک استفاده می‌شود. همان طور که در بخش بعدی مقاله هم توضیح دادیم، در صورت حذف فونداسیون، خطرات جبران ناپذیری ساختمان را تهدید می‌کند.

اما در صورت استفاده از فونداسیون، دیگر لازم نیست نگران تنش‌های ناشی از وزن سازه بود و با استفاده از پی، تنش‌های اضافی به خاک وارد نخواهد شد. در صورتی که عملیات فونداسیون به درستی انجام نشود، در آینده ممکن است نشست‌هایی به دلیل تنش‌های اضافی به وجود آید و این موضوع می‌تواند خطرات مالی و جانی جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد.

مهندسی پی از جمله رشته‌های پراهمیت در مهندسی عمران است و فردی که عهده‌دار فرآیند فونداسیون است، باید به طور کاملاً اصولی کارها را انجام دهد تا از استحکام بخش زیرین سازه مطمئن شده و از انتقال تنش‌های بیش از اندازه به خاک جلوگیری کند. در نهایت باید بگوییم که فونداسیون، باعث می‌شود خاک آماده قرار دادن سازه بر روی آن شود.

آشنایی با انواع فونداسیون

در بخش‌های قبلی مقاله پی یا فونداسیون را معرفی کردیم و اهمیت استفاده از آن‌ها در ساخت یک سازه را توضیح دادیم. در این بخش از مقاله به بررسی انواع فونداسیون می‌پردازیم و در رابطه با هر کدام توضیحات مختصری را ارائه می‌دهیم.

شرایط سازه و شرایط اقلیمی دو موضوع بسیار مهمی هستند که نوع فونداسیون را مشخص می‌کنند. انواع مختلفی از فونداسیون‌ها وجود دارند و در رشته مهندسی پی، در واقع فرد مسئول است که با توجه به مکانی که جهت ساخت سازه در نظر گرفته‌اند، نوع فونداسیون را انتخاب می‌کند.

البته در بسیاری از مواقع، تنها به این موضوع که چه مصالح ساختمانی در دسترس است توجه می‌کنند و بسته به آن یک فونداسیون را مورد استفاده قرار می‌دهند. اما در بسیاری از مواقع، نوع فونداسیون بر اساس شرایط سازه مشخص می‌شود.

انواع فونداسیون‌های پرکاربرد عبارت است از:

• فونداسیون شفته‌ای
• فونداسیون سنگی
• پی ساختمان آجری
• پی ساختمان بتنی

فونداسیون شفته ای

کاربرد: فونداسیون شفته‌ای به عنوان ساده‌ترین و ابتدایی‌ترین نوع فونداسیون شناخته شده است. برای ساختمان‌هایی که در 2 یا 3 طبقه ساخته می‌شوند و از آجر جهت ساخت و ساز استفاده می‌گردد، این نوع از فونداسیون کاربردی است. همچنین برای ویلاهایی که تنها 1 یا 2 طبقه دارند، استفاده از این نوع از فونداسیون توصیه می‌شود و باید بدانید که قیمت آن نسبت به فونداسیون بتنی بسیار مناسب‌تر است.

مواد تشکیل دهنده: در مهندسی پی، ساخت فونداسیون شفته‌ای با استفاده از شن، گرد آهک، آب و خاک است. البته بد نیست بدانید که در برخی از مواقع از خرده سنگ جهت افزایش مقاومت مخلوط استفاده می‌کنند.

طریقه مصرف: در قسمت پی ساختمان، این مخلوط را به اندازه 20 تا 30 سانتی‌متر اضافه می‌کنند و در زمانی که مخلوط به سطح تعیین شده برسد، به سراغ هموارد کردن آن می‌روند. پس از آن لازم است در حدود یک روز فرصت دهند تا آب مخلوط تبخیر شود و پس از آن که متراکم کردن پی انجام شود، مجدداً مخلوط را در محل تعیین شده اصافه می‌کنند. این عملیات تا زمانی که محل پی به طور کامل پر شود، ادامه پیدا می‌کند.

فونداسیون سنگی

کاربرد: نوع دیگر فونداسیون در مهندسی پی، فونداسیون سنگی است. در برخی از ساخت و سازها، مهندسین به راحتی می‌توانند جهت تهیه سنگ‌های مورد نیاز خود اقدام کنند. در چنین مواقع برای عملیات فونداسیون، از نوع سنگی آن استفاده می‌شود و جالب است بدانید که در چنین شرایطی، قیمت این نوع از فونداسیون نیز بسیار مناسب است. ناگفته نماند که استفاده از سنگ‌های خاص و مناسب، جهت استفاده از پی‌های سنگین لازم و ضروری است.

مواد تشکیل دهنده: همان طور که از نام این فونداسیون‌ها پیداست از سنگ هستند و تنها نکته‌ای که باید به آن توجه داشت، پوسیده نبودن سنگ‌ها است. در واقع باید بدانید که مقاومت پی رابطه‌ی مستقیمی با سالم بودن سنگ‌ها دارد. دقت داشته باشید استفاده از سنگ‌های صیقلی برای پی ساختمان در مهندسی پی توصیه نمی‌شود و دلیل آن هم مدور بودن سنگ‌ها است. در صورت استفاده از سنگ‌های صیقلی، استحکام کافی ایجاد نمی‌شود و این موضوع می‌تواند خطرات جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد.

طریقه مصرف: برای قرار دادن سنگ‌ها، از ملات آهک، سیمان یا ماسه استفاده می‌کنند. اگر باری که بر فونداسیون وارد می‌شود، زیاد نباشد از نوع اول و در صورتی که سازه‌ها وزن بیش‌تری داشته باشند از نوع دوم استفاده می‌شود.

پی ساختمان آجری

کاربرد: در مهندسی پی گفته می‌شود که اگر بار وارده بر ساختمان کم باشد و یا به بیان دیگر ساختمان کوچک باشد، بهتر است از این نوع پی استفاده شود.

مواد تشکیل دهنده: ساخت این نوع از فونداسیون با استفاده از ملات و آجر انجام می‌شود.

طریقه مصرف: مانند نوع سنگی، ریشه این نوع از فونداسیون نیز، در حدود 15 تا 20 سانتی‌متر در نظر گرفته شده است. همچنین باید بدانید که 30 یا 40 سانتی‌متر هم برای عرض پی کنی در نظر گرفته می‌شود. به صورت پلکانی آجرها را بر روی یک دیگر قرار می‌دهند و دلیل چیدمان پلکانی معمولاً به دلیل 60 درجه بودن این نوع از پی است.

پی ساختمان بتنی

کاربرد: باید بدانید که مستحکم‌ترین و مقاوم‌ترین نوع فونداسیون، در مهندسی پی، فونداسیون بتنی نام دارد. در بیش‌تر ساخت و سازها از این نوع فونداسیون استفاده می‌شود. شاید تصور کنید استفاده از این فونداسیون‌ها تنها برای ساختمان‌هایی است که دارای طبقات زیادی هستند، اما باید بگوییم که در مناطق زلزله خیز، برای ساختمان‌های یک طبقه نیز از این نوع پی استفاده می‌شود.

طریقه مصرف: در ابتدا از مقداری بتن کم سیمان استفاده می‌کنند و این کار را به دلیل جدا کردن سطح بتن اصلی از خاک انجام می‌دهند. جهت بتن ریزی اصلی نیز، با انجام این کار تراز می‌شود. در ادامه با استفاده از تخته‌های مخصوص، فرآیند قالب‌بندی را انجام می‌دهند و در ادامه طبق محاسبات مهندسی و بار سازه، بتن‌ها را به اندازه‌ی مشخص در عرض می‌ریزند و متراکم کردن آن را با روش‌هایی همچون لرزاننده انجام می‌دهند.

برای افزایش استحکام پی، از قالب و میلگرد در بین بتن استفاده می‌شود. دلیل دیگر استفاده از قالب و میلگرد، افزایش قدرت جهت تحمل نمودن تنش‌های برشی احتمالی است.

مواردی که در بالا بیان کردیم، از پرکاربردترین فونداسیون‌ها در مهندسی پی است، اما باید بدانید که فونداسیون‌های دیگری به نام‌های کلاف شده، نقطه‌ای، پی صفحه‌ای، شمعی و … نیز وجود دارد که هر کدام برای ساخت سازه‌‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مکانیک خاک چیست؟

آیا می‌دانید مکانیک خاک چیست و فردی که در این زمینه فعالیت می‌کند، چه وظایفی بر عهده دارد؟

آیا می‌دانید در این رشته، از آزمایش‌های متعددی استفاده می‌شود؟

در شرایط بارگذاری‌های مختلف، رفتار خاک را مورد مطالعه قرار می‌دهند و این خود به عنوان رشته‌ای در مهندسی عمران مطرح شده است و با نام مهندسی خاک شناخته می‌شود. این گرایش در مهندسی عمران با عنوان مهندسی خاک و پی نیز شناخته می‌شود و البته اگر نام ژئوتکنیک به گوشتان خورد، بدانید که منظور همان مهندسی خاک و پی است.

و اما افرادی که در این رشته فعالیت می‌کنند، لازم است اصول مکانیک خاک و رابطه‌های ریاضی را به طور کامل و اصولی یاد گرفته باشند و از این طریق المان‌های سازه را طراحی نموده و رفتار محیط خاکی را نیز تحلیل نمایند. اگر علاقه‌مند به رشته مهندسی عمران باشید، مطمئناً می‌دانید که مباحث ژئوتکنیک از مهم‌ترین مباحث در مهندسی پی هستند و برای ساخت و ساز یک سازه، نیاز است افرادی به طور تخصصی در این زمینه، تحلیل‌ها و آزمایش‌های لازم را انجام دهند.

مهندسی پی و آزمایش های ژئوتکنیک

فردی که در رشته ژئوتکنیک فعالیت می‌کند، لازم است با آزمایش‌های خاک آشنایی کامل داشته باشد. در این بخش از مقاله به معرفی آزمایش‌های مکانیک خاک می‌پردازیم.

انواع آزمایش‌ها در مهندسی پی و خاک عبارت است از:

آزمایش مقاومت برشی خاک

• آزمایش برش پره
• آزمایش نفوذ استاندارد
• آزمایش نفوذ مخروط
• آزمایش فشارسنجی
• آزمایش برش مستقیم
• آزمایش فشار محصور نشده
• آزمایش برش ساده

آزمایش دانه بندی خاک

• آزمایش الک
• آزمایش هیدرومتری

آزمایش حدود اتربرگ

• آزمایش حد مایع
• آزمایش حد خمیری
• آزمایش حد انقباض

آزمایش تراکم خاک

• آزمایش تراکم پروکتور
• آزمایش مخروط ماسه

آزمایش تحکیم

آزمایش ظرفیت باربری خاک

• آزمایش بارگذاری صفحه‌ای
• آزمایش بارگذاری شمع
• آزمایش نفوذ استاندارد

آزمایش ضریب نفوذپذیری

ما در این جا تنها نام آزمایش‌های مهندسی پی و خاک را بیان کردیم، اما توضیحات کامل برخی از آنها را به صورت فیلم آموزشی در دوره آموزش آزمایش های صحرایی در مهندسی ژئوتکنیک می‌توانید مشاهده کنید.

مهندسی پی شاخه ای مهم و کاربردی از رشته مهندسی عمران است

اگر قصد دارید به صورت حرفه‌ای در رشته مهندسی عمران فعالیت کنید، باید بدانید که یکی از مهم‌ترین مسائلی که باید در این رشته به یادگیری آن بپردازید، مهندسی خاک و پی است.

در واقع پیش از ساخت هر سازه‌ای، در ابتدا باید در مورد فونداسیون و پی آن تصمیم‌گیری شود، چرا که ادامه روند کار تا حد بسیار زیادی به این موضوع بستگی دارد. اگر در هنگام طراحی و تحلیل پی، کار به طور اصولی انجام نشود، ممکن است هر سازه با خطرات جبران ناپذیری رو به رو شود. بنابراین اگر وارد رشته مهندسی عمران شده باشید، باید برای یادگیری این مسائل اهمیت زیادی قائل شوید.

سخن پایانی

در این مقاله تلاش کردیم اطلاعات کامل و جامعی را در رابطه با مهندسی پی در اختیار شما عزیزان قرار دهیم. در ابتدا به بیان تعریفی از فونداسیون یا پی پرداختیم و در ادامه انواع آن را معرفی کردیم و کاربردها و طریقه مصرف هر کدام را به طور خلاصه توضیح دادیم. همچنین دانستید رشته ژئوتکنیک نیز از رشته‌های مهم مهندسی عمران است و یکی از مهم‌ترین مباحث آن، آزملیش‌های مربوط به پی و خاک است.

امیدواریم مطالب این مقاله برای شما عزیزان علاقه‌مند به رشته مهندسی عمران، مفید و کاربردی بوده باشد.

ادامه مطلب