استانداردهای آزمایش بارگذاری صفحه‌ای

استانداردهای آزمایش بارگذاری صفحه‌ای:

IS 1888 1962, ASTM D 1194, BS 13779

مقدمه

آزمایش بارگذاری صفحه ای (Plate Load Test) روشی صحرایی برای تعیین ظرفیت باربری خاک، ارزیابی میزان تراکم پذیری و محاسبه مدول عکس العمل بستر در برابر بارهای وارده است. این آزمایش برای برآورد ظرفیت باربری فونداسیون های کم عمق و برای طراحی پیاده رو ها مورد استفاده قرار می گیرد. برای انجام این آزمایش، یک صفحه فولادی تحت فشار تدریجی قرار می گیرد و میزان نشست صفحه ثبت می شود.

قابل ذکر است که در میان آزمایش های صحرایی مکانیک سنگ نیز از آزمایش بارگذاری صفحه به عنوان روشی برای تعیین مدول تغییر شکل توده سنگ یاد شده است. هدف از این آزمایش تعیین ظرفیت باربری نهایی خاک بر مبنای ملاحظات نشست¬، تعیین میزان تراکم پذیری، برآورد مدول الاستیسیته خاک و محاسبه مدول عکس العمل بستر است.

مزایای آزمایش بار صفحه ای

1. قادر به درک رفتار فونداسیون در شرایط بارگذاری خواهیم بود

2. قابلیت ارزیابی ظرفیت باربری خاک در یک عمق معین و همچنین پیش بینی میزان نشست خاک تحت یک بارگذاری مشخص را دارد

3. با توجه به اینکه ظرفیت باربری مجاز فونداسیون سطحی را می توان به وسیله آزمایش بار صفحه ای پیش بینی کرد، می توان محاسبات مربوط به این نوع فونداسیون را با کمک این آزمایش انجام داد
4. آزمایش در مدت کوتاهی انجام می شود و از نظر اقتصادی کاملاً به صرفه است

5. سهولت در اجرا

وسايل مود نياز

تجهیزات انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای شامل موارد زیر می باشند:
1. صفحه فولادی؛ معمولاً از صفحات دایره ای با قطر 30 تا 75 سانتیمتر و یا مربعی به ابعاد 30 تا 60 سانتیمتر استفاده می شود. به طور کلی قطر صفحه آزمایش بارگذاری صفحه نباید کمتر از شش برابر حداکثر اندازه دانه های خاک باشد. هنگامی که از صفحه ای با اندازه بیش از 30 سانتی متر مربع استفاده می شود، برای اطمینان از صلبیت صفحه و به منظور جلوگیری از انحنای لبه صفحه، توصیه می شود که چند صفحه هم مرکز با قطرهای مختلف و کوچکتر روی صفحه پایینی قرار داده شوند.

2. جک هیدرولیکی؛ برای اعمال فشار به صفحه مورد استفاده قرار می گیرد.

3. گیج اندازه گیری فشار قائم؛ میزان فشار وارده از طرف جک به صفحه را اندازه گیری می کند.

4. گیج های اندازه گیری نشست؛ روی صفحه قرار گرفته و میزان نشست را در سه نقطه از صفحه اندازه می گیرند. این گیج ها به نقاط ثابتی در خارج از صفحه بسته شده اند.

خریدوسایل کامل بارگذاری صفحه + لیست قیمت

روش انجام آزمایش

مطابق ASTM D1194 برای انجام آزمایش بارگذاری صفحه، گودالی به قطر چهار برابر قطر صفحه آزمایش تا عمق Df (عمق پی) حفر شده و صفحه در مرکز سوراخ قرار داده می شود. براي جلوگيري از دست خوردگي زمين زير صفحه، مي توان به عنوان پيش بارگذاري چند بارگذاري تناوبي سريع با فشارهاي كم، اعمال كرد.

سپس بار توسط جک با افزایش پله ای بر صفحه اعمال می شود. گام های بارگذاری حداکثر مساوی یک چهارم تا یک پنجم بار نهایی تخمین زده شده می باشد. در هر گام بارگذاری، نشست شالوده توسط گیج با دقت 25/0 میلی متر اندازه گیری می شود. بار هر گام حداقل به اندازه 1 ساعت حفظ می شود.

آزمایش بارگذاری صفحه تا لحظه گسیختگی یا وقوع نشست 25 میلی متر و یا زمانی که تنش صفحه به دو یا سه برابر بار طراحی پیشنهادی برای پی اصلی برسد ادامه پیدا می کند.

باید مراقب بود تا میزان نشست از حد ظرفیت اندازه گیر عقربه ای فراتر نرود. افزایش بار باید تقریباً یک پنجم ظرفیت باربری تخمینی خاک باشد. فواصل زمانی بارگذاری نباید از یک ساعت کمتر باشد و طول زمان در تمامی مراحل بارگذاری باید تقریباً یکسان باشد.

همچنین پس از برداشتن بار باید برجهندگی (بازگشت) الاستیک خاک را برای مدت زمانی حداقل معادل با طول زمان یک مرحله افزایش بار ثبت کرد. ثبت نشست ها برای یک ساعت اول هر 5 تا 10 دقیقه انجام می گیرد.

نتایج آزمایش

نتایج اندازه گیری ها، به طور معمول به دو صورت منحنی زمان-نشست و منحنی بار-نشست ارائه می گردد. در شکل زیر نمونه ای از منحنی های مذکور ارائه شده است.

تعیین خصوصیات خاک با استفاده از نتایج آزمایش بارگذاری صفحه

1. ظرفیت باربری

ظرفیت باربری پی همان ظرفیت باربری به دست آمده در محل برای صفحه بارگذاری می باشد.

این شرایط صرفاً برای رس های اشباع زهکشی نشده و یا رس های عادی تحکیم یافته می تواند صادق باشد و برای رس هایی که در طول عمر مفید سازه همواره تحکیم یافته، خشک و با زهکشی شده هستند زاویه اصطکاک داخلی آنها از مقدار قابل ملاحظه ای برخوردار است و این فرض صحیح نیست.

در عمل برای برون یابی آزمایش های بارگذاری صفحه در ماسه ها (اغلب با چنان ترکیبی که جمله Nq نادیده گرفته می شود) از معادله زیر استفاده کنید:

استفاده از این معادله در شرایطی توصیه می شود که نسبت عرض شالوده به عرض صفحه آزمایش خیلی بیشتر از 3 نباشد. در زمانی که این نسبت 6 تا 15 است، برون یابی آزمایش بارگذاری صفحه نتایجی تقریبی به دست می دهد که آن نتایج را می توان با استفاده از روابط همبستگی SPT یا CPT نیز به دست آورد.

2. محاسبه نشست پی

برای این منظور چندین رابطه ارائه شده است. بر مبنای پیشنهاد ترزاقی و پک روابط زیر مورد استفاده قرار می گیرند. برای شدت بار مشخص q0 داریم:
– برای خاک های رسی

– برای خاک های ماسه ای

Bf و Bp به ترتیب ابعاد پی و صفحه آزمایش هستند و بر حسب متر می باشند.

3. محاسبه مدول الاستیسیته

برای محاسبه مدول الاستیسیته از روی نتایج آزمایش بارگذاری صفحه، استاندارد BS 5930:1981 پیشنهاد کرده است که از رابطه زیر استفاده شود:

در این رابطه v و E به ترتیب مدول الاستیسیته و ضریب پواسون خاک، B عرض صفحه، q فشار اعمال شده بین صفحه و خاک و ρ نشست صفحه می باشد.

4. محاسبه مدول عکس العمل بستر

مدول عکس العمل بستر در واقع مقدار تنشی است که اگر به صورت عمود بر صفحه پی وارد گردد به میزان یک واحد در پی نشست ایجاد می کند. به عبارت دیگر مدول عکس العمل بستر شیب منحنی تنش نشست می باشد و به صورت زیر نوشته می شود:

که در آن q میزان تنش وارده بر پی بر حسب کیلونیوتن بر متر مربع و ∆ نشست حاصله بر حسب متر در زیر پی به ازای q و k مدول عکس العمل بستر بر حسب کیلونیوتن بر متر مکعب می باشد.
روابط زیر برای تبدیل مدول عکس العمل صفحه ای یک فوتی به پی با عرض B و همچنین تبدیل مدول عکس العمل بستر پی مربعی به مدول یک پی مستطیلی ارائه شده است: (Das, 1990)
– برای پی بر روی خاک های رسی

– برای پی بر روی خاک های ماسه ای

– برای تبدیل پی مربعی به عرض B به پی مستطیلی به ابعاد B و L

که در آن B و L عرض و طول پی بر حسب متر و k0.3 مدول عکس العمل بستر حاصل از آزمایش بارگذاری بر صفحه به عرض 30 سانتی متر می باشد.