آزمایش بارگذاری صفحه‌

استانداردهای آزمایش بارگذاری صفحه‌ 

ASTM D1194 ، EN13779 ، IS 1888

مقدمه

آزمایش بارگذاری صفحه‌ (Plate Load Test) روشی صحرایی برای تعیین ظرفیت باربری خاک، ارزیابی میزان تراکم‌پذیری و محاسبه مدول عکس‌العمل بستر در برابر بارهای وارده است. این آزمایش برای برآورد ظرفیت باربری فونداسیون‌های کم‌عمق و برای طراحی پیاده‌روها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای انجام این آزمایش، یک صفحه فولادی تحت فشار تدریجی قرار می‌گیرد و میزان نشست صفحه ثبت می‌شود.

قابل ذکر است که در میان آزمایش‌های صحرایی مکانیک سنگ نیز از آزمایش بارگذاری صفحه به‌عنوان 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 تراکم‌پذیری، برآورد مدول‌الاستیسیته خاک و محاسبه مدول عکس‌العمل بستر است.

مزایای آزمایش بارگذاری صفحه‌

۱. قادر به درک رفتار فونداسیون در شرایط بارگذاری خواهیم بود.
۲. قابلیت ارزیابی ظرفیت باربری خاک در یک عمق معین و همچنین پیش‌بینی میزان نشست خاک تحت یک بارگذاری مشخص را دارد.
۳. با توجه به اینکه ظرفیت باربری مجاز فونداسیون سطحی را می‌توان به وسیله آزمایش بار صفحه‌ای پیش‌بینی کرد، می‌توان محاسبات مربوط به این نوع فونداسیون را با کمک این آزمایش انجام داد.
۴. آزمایش در مدت کوتاهی انجام می‌شود و از نظر اقتصادی کاملاً به‌صرفه است.
۵. سهولت در اجرا

وسايل مود نياز آزمایش بارگذاری صفحه‌

تجهیزات انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای شامل موارد زیر است:
۱. صفحه فولادی؛ معمولاً از صفحات دایره‌ای با قطر 30 تا 75 سانتی‌متر و یا مربعی به ابعاد 30 تا 60 سانتیمتر استفاده می‌شود. به‌طور کلی قطر صفحه آزمایش بارگذاری صفحه نباید کمتر از شش برابر حداکثر اندازه دانه‌های خاک باشد. هنگامی‌که از صفحه‌ای با اندازه بیش از 30 سانتی‌متر مربع استفاده می شود، برای اطمینان از صلبیت صفحه و به منظور جلوگیری از انحنای لبه صفحه، توصیه می‌شود که چند صفحه هم مرکز با قطرهای مختلف و کوچکتر روی صفحه پایینی قرار داده شوند.

۲. جک هیدرولیکی؛ برای اعمال فشار به صفحه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۳. گیج اندازه‌گیری فشار قائم؛ میزان فشار وارده از طرف جک به صفحه را اندازه‌گیری می‌کند.

۴. گیج‌های اندازه‌گیری نشست؛ روی صفحه قرار گرفته و میزان نشست را در سه نقطه از صفحه اندازه می‌گیرند. این گیج‌ها به نقاط ثابتی در خارج از صفحه بسته شده‌اند.

خرید وسایل کامل بارگذاری صفحه + لیست قیمت

وسایل کامل آزمایش صفحه بارگذاری ۳۰ تن با جک و پمپ جدا (چینی)

 
وسایل کامل آزمایش صفحه بارگذاری ۳۰ تن با جک و پمپ جدا (کارگاهی)

 
وسایل کامل آزمایش صفحه بارگذاری ۳۰ تن با جک و پمپ یک تکه

روش انجام آزمایش بارگذاری صفحه

مطابق ASTM D1194 برای انجام آزمایش بارگذاری صفحه، گودالی به قطر چهار برابر قطر صفحه آزمایش تا عمق D_f (عمق پی) حفر شده و صفحه در مرکز سوراخ قرار داده می شود. برای جلوگيری از دست‌خوردگی زمين زير صفحه، می‌توان به عنوان پيش بارگذاری چند بارگذاری تناوبی سريع با فشارهای كم، اعمال كرد.

سپس بار توسط جک با افزایش پله‌ای بر صفحه اعمال می‌شود. گام‌های بارگذاری حداکثر مساوی یک چهارم تا یک پنجم بار نهایی تخمین‌زده شده است. در هر گام بارگذاری، نشست شالوده توسط گیج با دقت 0.25 میلی‌متر اندازه‌گیری می‌شود. بار هر گام حداقل به اندازه یک ساعت حفظ می‌شود.

آزمایش بارگذاری صفحه تا لحظه گسیختگی یا وقوع نشست 25 میلی‌متر و یا زمانی که تنش صفحه به دو یا سه برابر بار طراحی پیشنهادی برای پی اصلی برسد ادامه پیدا می‌کند. باید مراقب بود تا میزان نشست از حد ظرفیت اندازه‌گیر عقربه‌ای 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 بارگذاری صفحه

نتایج اندازه‌گیری‌ها، به طور معمول به دو صورت منحنی زمان نشست و منحنی بار شست ارائه می‌گردد. در شکل زیر نمونه‌ای از منحنی‌های مذکور ارائه شده است.

تعیین خصوصیات خاک با استفاده از نتایج آزمایش بارگذاری صفحه

۱. ظرفیت باربری

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

این شرایط صرفاً برای رس‌های اشباع زه‌کشی نشده و یا رس‌های عادی تحکیم یافته می‌تواند صادق باشد و برای رس‌هایی که در طول عمر مفید سازه همواره تحکیم یافته، خشک و با زه‌کشی شده هستند زاویه اصطکاک داخلی آن‌ها از مقدار قابل ملاحظه‌ای برخوردار است و این فرض صحیح نیست.

در عمل برای برون یابی آزمایش‌های بارگذاری صفحه در ماسه‌ها (اغلب با چنان ترکیبی که جمله N_q نادیده گرفته می‌شود) از معادله زیر استفاده کنید:

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

۲. محاسبه نشست پی

برای این منظور چندین رابطه ارائه شده است. بر مبنای پیشنهاد ترزاقی و پک روابط زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای شدت بار مشخص q₀ داریم:

– برای خاک‌های رسی

– برای خاک‌های ماسه‌ای

B_f و B_p به ترتیب ابعاد پی و صفحه آزمایش هستند (بر حسب متر)

۳. 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 است.

۴. 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 می‌کند. به‌عبارت دیگر مدول عکس‌العمل بستر شیب منحنی تنش نشست است و به‌صورت زیر نوشته می‌شود:

که در آن q میزان تنش وارده بر پی برحسب کیلونیوتن بر مترمربع و ∆ نشست حاصله بر حسب متر در زیر پی به ازای q و k مدول عکس‌العمل بستر بر حسب کیلونیوتن بر متر مکعب است.
روابط زیر برای تبدیل مدول عکس‌العمل صفحه‌ای یک فوتی به پی با عرض B و همچنین تبدیل مدول عکس‌العمل بستر پی مربعی به مدول یک پی مستطیلی ارائه شده است: (Das, 1990)

– برای پی بر روی خاک‌های رسی

– برای پی بر روی خاک‌های ماسه‌ای

– 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 عکس‌العمل بستر حاصل از آزمایش بارگذاری بر صفحه به عرض 30 سانتی‌متر است.