1

Dr. Hammida

الحصيرة العامة –اللبشة -لبشة الخوازيق ) األوتاد (

لبشة الخوازيق) األوتاد( والتربةMat foundation- Raft foundation-

Mat- Pile Foundation- Mat & Piles Foundation-

2

3

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

4

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).

5

Then, using factored soil bearing pressures qu ,

design the concrete mat as a two way flat slab or- two way solid slab-

With 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.

o 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.

o Determine pressure distribution.

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

6

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.

7

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.

8

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

9

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.

10

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.

11

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 over-

lapping of neighbor footing , raft foundation is the economical solution.

Raft Foundation

12

13

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

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

الالزمة في تصميم اللبشة والخوازيقالخطوات

مقابل تواجد العزوم والالمركزية بين مركز الحصيرة وحموالت %01بعد معرفة قيمة الحموالت الشاقولية الكلية نصعدها بمقدار

زم ونتابع كما جاء ومنها نوجد عدد األوتاد الكلية الال ونقسم على حمولة الوتد األعظمية المعطاة من تقرير التربة األعمدة والجدران

اعاله

يجب تدقيق اللبشة على اجهاد الثقب من العامود ومن الخازوق -

قد نرى رد فعل سالب في بعض الخوازيق اجهادات شادة-

في هذه الحالة يجب حساب تسليح الخازوق لقوة الشد وكذلك في حال وجود قوى افقية زلزالية كبيرة وغيرها

up lift <قوة االحتكاك على جوانب الخازوق

في حال تواجد قوى افقية قصية على اللبشة-

بتقسيم قيمة القص القاعدي الكلي على عدد الخوازيق وئلك v يجب حساب حصة الخازوق من قوة القص

ومكان الوثاقة hيجب معرفة الطول الحر للخازوق -

=v*hونوجد العزم على رأس الخازوق رخوة من تقرير التربة للخازوق عن اسفل اللبشة حيث التربة عادة

باالضافة للحموالت المحورية تدقيق وحساب رأس الخازوق على قوة الشد والقص والعزم اذا تواجدت-

تصميم اللبشة على خوازيق يشابه تصميمها على التربة

واألفقية الزلزاليةويجب ان تصمم اللبشة والخوازيق على الحموالت الشاقولية قوة القص القاعدي األفقية = vوفي حال تواجد-

عزم االنقالب من القوى االفقية على القاعدة =Mو

P = الوزن الكلي للبناء

: Fنوجد قوة الضغط او الشد على الخازوق -

F= P/n +_ M*di / sum )di2(

n = اللبشةعدد الخوازيق الكلي موزع بانتظام اسفل d = بعد كل خازوق عن مركز ثقل اللبشة

sum d2=عن مركز ثقل اللبشة مجموع مربع البعد

Fعلى الخازوق ان يتحمل بالضغط اوالشد القوة المحورية-

نزيد عدد الخوازيق او نزيد القطرحيث

تدقيق اللبشة بالثقب من حمولة العامود اعلى اللبشة - الخازوق اسفلهاومن حمولة

األوتاد يجب ان تقاوم القوى الزلزالية األفقية ان وجدت-

وبما ان التربة حول رأس الخازوق رخوة سوف يتحرك ويحدث -

عزم انحناء اعلى الخازوق امتر من اسفل اللبشة= وعادة طول رأس الخازوق الحر

حصة الخازوق v1 *امتر= ومقدارالعزم الخازوق على ذلكويجب تصميم رأس

32

يدويا الخوازيق لبشة حساب --

الثقب للعامود او الوتد وال يفضل وضع تسليح يقاوم الثقب عادة نحدد سماكة اللبشة من تحقيق اجهاد الثقب من محيط-

01%بمقدارنقوم بتصعيد حمولة الوتد تحويل حمولة الخازوق المركزة الى حمولة موزعة بانتظام على اللبشة -

ونتابع ونوجد التسليح اصوال كما 2م/بين الألوتاد لنحصل على التحمل طن وتقسميها على المساحة المحصورة في اللبشات العادية

ال يقل التسليح عن األصغري- ويمتد التسليح العلوي والسفلي على كامل طول المجازات دون ايقاف

بعض القضبان

طينيةفي حال الترب الرخوة او ال*** يجب االستعانة بخوازيق مائلة تزرع على محيط اللبشة

لمقاومة القوى االفقية والزلزالية

بالحاسب( األوتاد) حساب لبشة الخوازيق

spring والتعويض عن الخازوق ب )(k stiffness ايجاد صالبة الخوازيق-

اال الحركة والهبوط الرأسى لذلك يمكن تميثله األفقيةبما ان الخازوق موثوق ومدفون في التربة وممنوع من الحركة -

spring ب

translation + assign joint spring مع المحور الشاقولي فقط

سم0= من فرض هبوط مسموح في حال لبشة واوتاد K يمكن تعين عامل الصالبة -

K= بالمتر ويمكن المحسوبللخازوقبالطن مقسوما علي الهبوط الحمل التشغيلي للخازوق

في حالة عدم معرفته من تقرير التربه( متر. 10)سم 0=اخذ الهبوط

k=70/.01 =7000طن 01=فمثال اذا كان الحمل التشغيلي -

qk 100 =ا ولدين = q التربة المسموح ملتحويمكن من قانون -

K=100*70 = 7000 tlm

في حال عدم تواجد تقرير فني للتربةطريقة اخرى لتعين صالبة الوتد -

Kقساوة الوتد ومنه Spring تمثيل االوتاد تحت اللبشة يتم

D=PL/EA displacement or settlement =D االنزياح الشاقولي للوتد

P قساوة الوتد - قدرة تحمل الوتدK=P/D - K = EA/L

من قطر الوتد% 0= االنزياح المسموح للوتد

D=0.01*d d قطر الوتد.

33

1.0*1.0يفضل تقسيم شبكة اللبشة بمربعات صغيرة - المكانية تموضع الخوازيق وتقريب الفروقات في نقاط التقاطع ومسافات الخوازيق

kوصالبته spring يمثل كل خازوق ب -

ولكن المهم spring ليس شرطا ان يكون اسفل العامود او الجدار -

وينطبق العامود او الجدار في عقد وتقاطع المربعاتان يقع

بعد اجراء التحليل على الحاسب -

يجب ايجاد رد الفعل على الخازوق الشاقولي واألفقي وقيمة االنتقال وهبوط الخازوق -

وانه ضمن المسموح وفق تقرير التربة -

الخازوق كما رأينا سابقاتدقيق رد الفعل األفقي على الخازوق والعزوم لحساب رأس - جهاد الثقباطلب تصميم اللبشة وايجاد التسليح الالزم وتحقيق -

(الوتد ) تسليح الخازوق

يجب تسليح الخازوق بالكامل اسوة بالعامود وال يقل عن نسبة التسليح األصغري من مقطعه - لمقاومة قوى القصويجب تسليح القسم العلوي بتسليح اضافي عرضي حلزوني وطولي -

وعزوم االنحناء ان وجدت

كذلك يجب اضافة التسليح الالزم في رأس الخازوق في حال المطلوب - upliftاجراء تجربة الشد في الموقع عند استالم الخوازيق ومعرفة قوة تحمل الخازوق للرفع

(األوتاد ) ق يتجارب واختبار الخواز - تختلف حسب نوع الخازوق والتربة هناك تجارب واختبارات-

والعمل المطلوب تحقيقه من الخازوق ويجب لحظها على المخططات ودفتر الشروط الفنية لمناقصة المشروع

واهم هذه االختبارات والتجارب-

تجربة اختبار الخازوق ويجب اجرائها قبل البدء بتنفيذ الخوازيق -1حول طول الخازوق وقطره والتحمل األعظمي جاء في المخططات وتقرير التربةحيث يتم تنفيذ خازوق واحد طبقا لما

وبعد التاكد من صحة ذلك وأخذ موافقة جهة والوصول الى االعماق المطلوبة ضمن التربة ومقدار الهبوط المسموح يتم العمل وتنفيذ باقي الخوازيق االشراف والمهندس المسؤول

وتواجد قوى رفع شادة اختبارية وفق متطلبات التصميمالتجربة الثانية هي - 2

من قوى اال حتكاك لميحط الخازوق مع تحدد قيمتها وشدتها على المخططات والمفروض تحقيها upliftوتواجد قوى قبل الشروع ثم تنفيذ باقي الخوازيق التربة والمفروض اجراء االختبار على وتد واحد

هي تجربة استالم األوتاد والمعايرةالتجربة واالختبار الثالث - 3الفنية المبينة في المخططات لقدرة تحمل الخازوق ومقدار الهبوط الفعلي ومطابقة اعمال التنفيذ مع المواصفات والشروط

34

المنفذة بل على عينة عشوائية تحدد بنسبة من العدد ودافتر الشروط وطبعا هذه التجربة ال تجري على جميع الخوازيق المنفذالكلي

على االدارة وجهة االشراف تكليف مراقب فني خاص - 4 لتأمين المراقبة والتنفيذ الصحيح وفق جودة المواد وصحة االختبارات والتجارب

معظم المشاريع الواقعة في المناطق الزلزالية ذات الشدة **--

والعزوم على القاعدة صغيرةواألبنية العادية تكون القوى الزلزالية 2-0الخفيفة مناطق

لذلك ال داعي الجراء التجربة upliftوال تأثير لقوى رفع و

قوى ضاغطة شادة اما األبنية البرجية العالية وتواجد عزوم تعمل على القاعدة ستودي الى حدوث -

بتنفيذ قبل البدء على خازوق واحد upliftفيجب عمل تجربة يشد الخازوق الى األعلي upliftوتواجد

.ام ال upliftاذن هذه التجربة يعتمد اجراءها ام ال على حالة تواجد الخوازيق تواجد منسوب المياه

Dewateringعملية تنزيل مستوى المياه الجوفية او ما يسمى ي حال وجود مياه ومنسوب المياه اعلى من مستوي اللبشةف -

اقرب مجروريجب تنزيل منسوب المياه بضخها وتصريفها الى طوال مدة التنفيذ فالمياه تفقد التربة حول محيط الوتد لإلمكانية تنفيذ اللبشة واألوتاد وشفط وضخ المياه يستمر

على الشد وقد ترتفع اللبشة وتنقلع الخوازيق اذا لم خاصية االحتكاك اوتقللها في بعض الترب وال تعمل اللبشةيتم ضخ وشفط المياه وتنزيل المستوي حتى اسفل

Dewateringاليمكن تنفيذ الخوازيق وال حتى اللبشة دون شفط المياه وعملحيث -

35

36

37

38

Raft Foundations -Design of piled

التربة مع الخوازيق لبشة شارك او اوتاد ( الخوازيق مع التربة لبشة شارك) - الخوازيق عدد من% 30 تقريبا توفر

تالالحمو من والجهود وزاناأل تحمل في التربة و ألوتاد( الخوازيق مشاركة مع) الحصيرة اللبشة تصميم اللبشة على والزلزالية الشاقولية

التصميم فقرات اهم من - فعل رد وعامل صيغة ايجاد و التربة وهبوط الخازوق هبوط بين المشترك العمل تأثير درأسة يجب

النابض عامل يسمى الخازوق فعل رد وعامل smart spring التربة فعل رد عامل بين واحد مشترك او الوتد وينهار الوتد الى. الحمولة كامل ستنتقل الوتد هبوط من اكبر التربة هبوط حال ففي الذكي صحيح والعكس اللبشة

مشاركة اللبشة بتحمل التربة والخوازيق

: خوازيق –اوتاد لكن غير كافي من اجل لبشة يمكن زرع في حال األبنية العالية والتربة تحملها مقبول -

spring تمثل على البرامج كالعادة بعمل شبكة بتباعد منتظم ومشاركة التربة مع الخوازيقعند وكذلك يضاف عامل رد فعل الخازوق وادخال عامل رد فعل التربة كما في لبشة لوحدها

كل خازوقبين هبوط التربة يحتاج تقرير تربة يأخذ به تأثير العمل المشترك لكن تطبيق هذه الطريقة -

ومنه اعطاء تحمل التربة المسموح وحمولة الخازوق وهبوط الخازوق ومعامل رد الفعل في يسمح بهذه الطريقة مشاركة التربة والخازوق كذلك يجب التأكد من ان الكود المعمول به -

كالمشتر التحمل

ت

39

-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.

-

40

design of piled raft foundations. مشاركة الخوازيق و التربة في تحمل حموالت اللبشة

. د

41

42

43

of design should study the effect of paragraphsOf the most important nd find a falling pile and fall of the soil athe Joint Working Group of the

formula and factor common reaction one between sub grade reaction worker and worker response pile reaction called spring smart 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

44

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

mat soil For

∆ pile =∆ soil

for piles

K= 100 P p= pile Load

OR : ∆ = p*L/EA K=EA/L =P/ ∆

FOR ALLOW ∆ = 1cm k=P/0.01 = 100 P

45

46

خوازيق مائلة لمقاومةالقوى األفقية

47

48

Dr. Hammida