حالاتی که پی های سطحی معمولاً برای آنها طراحی با کنترل می شوند به شرح زیر تقسیم می شوند:
الف - مواردی که در حالت حدی نهایی کنترل میشوند :
الف -۱- از دست رفتن پایداری کلی پی
گسیختگی ناشی از فقدان پایداری کلی در کلیه پی ها و اجزای آنها باید کنترل شود. پی های واقع در محل های زیر باید مورد توجه ویژه قرار گیرند:
- در نزدیکی و یا روی ساختگاه شیب دار چه به صورت طبیعی و چه به صورت خاکریزی یا خاکبرداری شده
- در نزدیکی گودبرداری ها یا سازه های نگهبان
- در نزدیکی رودخانهها کانالها دریاچه ها مخازن آب یا سواحل دریاها
- در نزدیکی معادن در حال بهره برداری یا سازه های مدفون
در این موارد باید نشان داده شود که پایداری کلی خاک و سازه پی با ضریب اطمینان کافی تأمین است.
الف - ۲ : گسیختگی خاک ناشی از کمبود ظرفیت باربری (کمبود مقاومت)
برای آنکه یک پی در برابر گسیختگی ناشی از کمبود ظرفیت باربری ایمنی کافی داشته باشد، باید رابطه زیر در همه حالات حدی نهایی و برای کلیه ترکیبات بارگذاری برقرار باشد.
F≤R
F : تنش طراحی حالت حدی مقاومت است که شامل تنش حاصل از بار سازه (عمودی افقی و لنگر) وزن پی خاک روی آن و بار ناشی از فشار آب در صورت وجود میباشد.
R : ظرفیت باربری نهایی خاک زیر سازه پی است. در محاسبه R باید کلیه ضرایب کاهنده یا افزاینده مربوط به شکل شرایط هندسی پی قرارگیری پی روی سطح شیب دار خروج از مرکزیت و مایل بودن بار در نظر گرفته شود.
- در تعیین مقدار R در خاک های چسبنده به دلیل وجود تغییرات مقاومت برشی خاک در اثر تغییرات فشار آب حفره ای و بارهای دینامیکی باید شرایط کوتاه مدت و بلند مدت به طور جداگانه بررسی شوند.
- در مواردی که یک سازند مقاوم در زیر یک سازند ضعیف قرار دارد در محاسبه R باید پارامترهای برشی سازند ضعیف بر حسب محل قرارگیری این سازند ضعیف در محاسبات دخالت داده شوند. همچنین اثر مثبت سازند مقاوم بر ظرفیت باربری باید منظور گردد
- در مواردی که خاک پی متشکل از نهشته های چند لایه ای است پارامترهای ژئوتکنیکی هر لایه باید در محاسبه R منظور شود.
الف -۳ : گسیختگی خاک ناشی از لغزش پی
در پی هایی که بارهای مورب یا افقی بر آنها وارد میشود باید لغزش پی بررسی شود. در این پی ها، در مواردی که کف زیرین پی افقی است برای تأمین ایمنی کافی باید نامساوی زیر برقرار باشد:
H≤S+Pp
H : مؤلفه افقی بارهای طراحی وارد بر پی است که در آن نیروی رانش محرک خاک نیز لحاظ شده است.
S : نیروی برشی مقاوم موجود بین سطح زیرین سازه پی و خاک پی است که طبق ضوابط الف -۳-۱ محاسبه میشود.
Pp : نیروی رانشی مقاوم جلوی سازه پی است که در اثر حرکت نسبی پی و زمین می تواند بسیج شود. این نیرو با توجه به ملاحظات الف - ۳-۲ تعیین میشود.
الف ۳-۱ : نیروی برشی مقاوم (S) در شرایط زهکشی شده و زهکشی نشده (بلند مدت و کوتاه مدت) به شرح زیر محاسبه می شوند :
الف ۳-۱-۱ : خاک در شرایط زهکشی شده S=P'tan(δ)
که در این رابطه 'P : مولفه قائم بارهای طراحی موثر وارد به پی
δ : زاویه اصطکاک بین سطح زیرین سازه پی با خاک است . در پی های ساخته شده با بتن درجا δ برابر با زاویه اصطکاک داخلی ('φ) و در پی های با بتن پیش ساخته معادل 'φ⅔ است .
در رابطهی فوق همانطوری که مشاهده میشود هرگونه چسبندگی موثر ، 'C ، نادیده گرفته شده است.
الف -۳-۱-۲ : خاک در شرایط زهکشی نشده S=A'.Cu
در این رابطه 'A مساحت موثر سطح زیرین پی و Cu چسبندگی زهکشی نشده خاک میباشد.
الف ۳-۲: نیروی رانشی مقاوم Pp با استفاده از ضریب مقاوم خاک Kp محاسبه میشود و مقدار آن بستگی به میزان حرکت نسبی بین سازه پی و زمین دارد. در محاسبه Pp در هیچ حالت مقدار Kp نباید بیشتر از پنجاه درصد مقدار محاسباتی آن در نظر گرفته شود.
در کاربرد Pp به دلیل نقش مقاوم آن باید اطمینان حاصل کرد که این نیرو در طول عمر سازه (زمان ساخت و زمان بهره برداری) وجود دارد و در اثر عواملی مثل فرسایش با دخالت های انسانی حذف نمیگردد. در غیر اینصورت از آن صرف نظر شود.
الف - ۴ : گسیختگی سازه ناشی از تغییر مکان پی
تغییر مکانهای قائم و افقی نسبی قابل ملاحظه پی ها ممکن است در سازه اثرات نامطلوب و حتی گسیختگی ایجاد کند. باید اثرات این گونه تغییر مکان ها بر سازه مطالعه شوند. این مطالعه باید بر اساس الزامات مبحث مقررات ملی ساختمان انجام گیرد.
ب : مواردی که در حالت حدی بهره برداری کنترل می شوند:
ب - ۱ : نشست یکنواخت پی
ابعاد پی باید به نحوی تعیین شود که رابطه زیر برقرار باشد : S≤Sa
که در این رابطه :
Sa : نشست یکنواخت مجاز میباشد که با توجه به جنس خاک نوع پی و سازه با توجه به الزامات بند ٧-٤-٤ تعیین میشود.
S : نشست یکنواخت حداکثر تحت بارهای سرویس است که شامل نشستهای کوتاه مدت و بلندمدت (نشست تحکیمی و خزش) میباشد.
ب - ۲ : نشست غیر یکنواخت پی
ب - ۲-۱ : نشست های غیر یکنواخت و دوران های نسبی پی ها باید با در نظر گرفتن توام توزیع نیروی متفاوت وارده و تغییرات احتمالی مشخصات زیر پی های مختلف محاسبه شوند.
ب -۲-۲ : محاسبه نشست غیر یکنواخت بدون منظور کردن سختی سازه ممکن است به پیش بینی مقادیر غیر واقعی بینجامد. برای ساختمان های با اهمیت زیاد اندرکنش سازه و خاک باید در تحلیل ها منظور شود.
ب -۲-۳ : مقادیر نشست غیر یکنواخت مجاز بر حسب نوع پی نوع خاک و نوع سازه برای حفظ شرایط بهره برداری انتخاب میشود این مقادیر در بند ٧-٤-٤ داده شده اند.
ب -٢-۴ : به اثرات ناشی از زهکشی خاک که نشست های غیر یکنواخت ایجاد می کند و همچنین به نشست های اضافی در اثر تحکیم خاک باید توجه داشت.
ب -۲-۵ : دوران پی ها بر اثر بارهای خارج از محور را میتوان با در نظر گرفتن توزیع فشار خطی در زیر پی و با محاسبه نشست های ایجاد شده در گوشه های پی، تعیین نمود.
ب - ۳ : در محاسبه نشست ها مدل های خطی یا غیر خطی رفتار خاک باید با شرایط ساختگاه سازگار باشند.
ب - ۴ : ژرفای لایه های مؤثر در محاسبه نشست باید با توجه به شکل و ابعاد پی بار وارده و تغییرات سختی خاک در عمق و فاصله اجزای پی از یکدیگر تعیین گردد. این ژرفا معمولاً معادل با عمقی است که تنش قائم اضافی ناشی از بارگذاری پی در آن عمق معادل ۱۰% تنش مؤثر روبار برجای خاک باشد با ژرفای معادل حباب گسترش تنش ۱۰% تنش کل وارد بر پی باشد. این ژرفا در بیشتر خاک ها بین ۱ تا ۳ برابر پهنای پی (بر حسب گسترده بودن یا نواری بودن پی) در نظر گرفته میشود در پی های پهن که زیر بارهای سبک قرار دارند میتوان این مقدار را کاهش داد. در مورد خاک های خیلی نرم این کاهش نباید انجام گیرد.
ب - ۵ : سایر شرایط
سایر شرایطی که در بهره برداری پی تأثیر میگذارد از قبیل ارتعاشات پی و خاک، تورم خاک فروریزشی بودن خاک آب شستگی زیر پی تغییرات سطح آب زیرزمینی و رطوبت خاک و غیره باید در نظر گرفته شوند.