ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - آزمایش بارگذاری صفحه Plate Load Test) PLT)

از قدیمی ترین آزمایش های صحرایی در ژئوتکنیک، آزمایش بارگذاری صفحه (PLT) می باشد که با استفاده از نتایج آن می توانیم داده های زیادی از جمله ظرفیت باربری، مدول عکس العمل بستر و … را به دست آوریم. نام این آزمایش ترجمه شده عبارت انگلیسی آن (Plate Load Test) می باشد، که به اختصار به آزمایش PLT مشهور شده است.

تجهیزات آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT

تجهیزات انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT عبارتند از:

1. صفحه فولادی.

2. جک هیدرولیکی.

3. گیج اندازه گیری فشار قائم.

4. گیج اندازه گیری نشست.

تجهیزات انجام آزمایش بارگذاری صفحه - شرکت عمرانی مهندسی ایستاسازه
تجهیزات انجام روش آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT – شرکت عمرانی مهندسی ایستاسازه

روش انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای

اگر این آزمایش بر روی صفحاتی با اندازه واقعی پی (فونداسیون) انجام شود مستقیما ظرفیت باربری پی حاصل خواهد شد. اما این کار در خیلی از مواقع مقرون به صرفه نخواهد بود. چرا که نیاز به بارهای عظیم و بزرگ می باشد. در این شرایط تجهیزات بزرگی جهت انتقال این بار عظیم نیز لازم خواهد بود که به پیچیدگی های کار اضافه می کند. چاره کار این است که از صفحاتی با اندازه های کوچکتر استفاده گردد. از این رو از صفحاتی با اندازه های کوچکتر از پی اصلی در آزمایش بارگذاری صفحه استفاده خواهد شد و با اعمال یک سری ضرایب خاص، اعداد ظرفیت باربری پی اصلی محاسبه می شود.

استاندارد انجام این آزمایش ASTM D1194 می باشد. روش انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT به این صورت است که در ابتدا یک ظرفیت باربری برای خاک حدس زده می شود و سپس این بار حدس زده شده به چهار یا پنج بخش تقسیم بندی می گردد. هر بخش به خاک اعمال شده و یک ساعت صبر می گردد تا در اثر اعمال این بار نشست لازم در خاک ایجاد گردد. در هر مرحله میزان نشست در برابر بار اعمالی یادداشت می گردد. در انتهای آزمایش، نموداری به شکل زیر رسم می گردد که نتیجه حاصل به صورت جدول زیر به دست می آید.

مماس رسم شده بر قسمت ابتدایی و انتهایی نمودار آزمایش بارگذاری صفحه
با استفاده از دو مماس رسم شده بر قسمت ابتدایی و انتهایی نمودار آزمایش بارگذاری صفحه، می توان ظرفیت باربری را همچون نمودار بالا بدست آورد.

روش های انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT در ایران

با توجه به شرایط محلی در هر کشور ممکن است هر آزمایش ژئوتکنیکی بسته به شرایط محلی کشور دستخوش تغییراتی شود. در کشور ایران، روش انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT به یکی از سه روش زیر می‌باشد:

۱. انجام آزمایش بارگذاری صفحه در گمانه دستی.

۲. انجام آزمایش PLT در ترانشه خاکی.

۳. انجام آزمایش در کف چاه.

روش های مختلف انجام آزمایش بارگذاری صفحه
روش های مختلف انجام آزمایش بارگذاری صفحه

۱. انجام آزمایش بارگذاری صفحه در گمانه دستی:

آزمایش بارگذاری صفحه در گمانه دستی متداول ترین روش انجام آزمایش بارگذاری صفحه است که در پروژه های معمول ساختمان سازی در شهر تهران انجام می گیرد. در این روش تراز قرارگیری صفحه همان تراز کف گالری می باشد. در این روش هدف از حفر گالری، گیردار کردن قسمت بالایی جک هیدرولیکی به سقف می باشد. ابعاد مناسب گالری ۱*۲*۰٫۸ متر است.

۲. انجام آزمایش PLT در ترانشه خاکی:

در این روش تراز قرار گرفتن صفحه همان تراز کف گالری خواهد بود. هدف از حفر گالری، مهیا کردن شرایطی خواهد بود که بتوانیم جک هیدرولیکی را نصب کنیم. گالری به شکل کله قندی و با ابعاد ۱ در ۲ در ۰٫۸ متر حفاری خواهد شد. انجام آزمایش در ترانشه خاکی حالت خاصی از انجام تست بارگذاری صفحه در گمانه دستی می باشد.

۳. انجام آزمایش در کف چاه:

در روش سوم، برای ثابت کردن و گیرداری جک هیدرولیکی از یک تیر بلند یا کامیون و یا هر جسم سنگین دیگر همچون کیسه های سیمان استفاده می گردد.

مزایای آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT

آزمایش PLT، تقریبا برای همه انواع خاک ها، در سطح، یا در تراز پی، قابل استفاده می باشد؛ و این آزمایش، در خاک های سخت، سنگ نرم و شن های درشت، که امکان نمونه گیری و استفاده از آزمایش های SPT و CPT وجود ندارد، بسیار مفید و کارگشا خواهد بود.

معایب آزمایش بارگذاری صفحه ای

1. در اغلب موارد، ظرفیت سیستم بارگذاری برای رساندن خاک به حد گسیختگی، کفایت نخواهد کرد.

2. انجام آزمایش بارگذاری صفحه PLT، در اعماق زیاد و زیر سطح آب، مقدور نخواهد بود.

3. هزینه اجرای روش بارگذاری صفحه آزمایش PLT بالا است و از این جهت، صرفاً برای پروژه های مهم صرفه اقتصادی خواهد داشت.

4. امکان نمونه گیری از خاک، در این روش وجود ندارد.

5. عمقی از بستر که تحت تأثیر بارگذاری صفحه PLT قرار می گیرد، بسیار کمتر از عمق تحت تأثیر بستر، تحت سازه واقعی است که این مساله، می تواند باعث خطا در نتایج آزمایش گردد.

6. عدم امکان رعایت بندهای اجرایی آئین نامه، در صورت اجرای آزمایش در داخل چاه و گالری ها.

7. به دلیل استفاده از بار مرده و یا ماشین آلات سنگین، به عنوان تأمین کننده نیروی عکس العمل، نیاز به زمین مسطح برای انجام آزمایش است؛ و نیز محدودیت استفاده از آزمایش PLT، در خاک های دارای نشست تحکیمی وجود دارد.

نتایج حاصل از آزمایش بارگذاری صفحه

۱. ظرفیت باربری.

۲. محاسبه نشست پی.

۳. محاسبه مدول الاستیسیته.

۴. تعیین مقاومت برشی خاک.

۵. تخمین مدول عکس العمل بستر (Ks).

نتایج حاصل از آزمایش بارگذاری صفحه
نتایج حاصل از آزمایش بارگذاری صفحه

۱. ظرفیت باربری:

مقدار ظرفیت باربری در خاک های رسی مستقل از ابعاد پی می باشد. لذا هنگام انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT در خاک های رسی، همان مقدار حاصله را می توانیم ظرفیت باربری پی اصلی بدانیم. البته این موضوع صرفا برای رس های اشباع صدق می کند. در خاک های رسی کاملا اشباع، زاویه اصطکاک داخلی صفر می باشد و لذا مقدار جمله اول در رابطه ظرفیت باربری ترزاقی و هانسن صفر می باشد. برای خاک های دیگر که f و C دارند نمی توانیم مقدار ظرفیت باربری را عینا برابر مقدار برآمده از PLT بدانیم. برای اینگونه خاک ها مقدار ظرفیت باربری به دست آمده از صفحه، به نسبت طول پی به طول صفحه بزرگ خواهد شد.

۲. محاسبه نشست پی:

نشست پی به طور غیر مستقیم از ظرفیت باربری پی به دست می آید. پس اگر مقدار ظرفیت باربری مشخص باشد می توانیم نشست متناظر با آن را نیز محاسبه کنیم. پس از محاسبه میزان نشست در صفحه لازم آن را با ضرایب تبدیلی به نشست در پی اصلی ارتباط می دهیم. برای ایجاد این ارتباط، روابط گوناگونی ارائه شده که معروف ترین آن ها روابطی می باشد که توسط پک و ترزاقی ارائه گردیده است. این رابطه ها برای خاک های ریزدانه و درشت دانه دو مقدار متفاوت پیشنهاد می کند.

3. محاسبه مدول الاستیسیته:

یکی از کاربرد های آزمایش Plate Load Test محاسبه مقدار E (مدول الاستیسیته) خاک می باشد که جز، یکی از مهمترین کاربرد های آزمایش محسوب می شود. پس از پرسیومتری و دایلاتومتری می توانیم از آزمایش بارگذاری صفحه نتایج خوب و واقع بینانه ای را انتظار داشته باشیم. مقدار این پارامتر از فرمولی که در استاندارد BS 5930:1981  ارائه شده است به دست خواهد آمد.

۴. تعیین مقاومت برشی خاک:

هر چند روش اصلی و مهم برای به دست آوردن مقاومت برشی، انجام آزمایش سه محوری می باشد لکن از آزمایش بارگذاری صفحه نیز می توانیم جهت تخمین مقاومت برشی در خاک های رسی زهکشی نشده استفاده کنیم. در این حالت نباید بار اعمالی به صورت مرحله به مرحله اعمال گردد و لازم است بار با یک آهنگ یکنواخت به صفحه وارد شود. سپس با استفاده از رابطه ای که کلیتون در سال ۱۹۹۱ ارائه داده است می توانیم مقدار مقاومت برشی زهکشی نشده (Cu) را به دست بیاوریم.

۵. تخمین مدول عکس العمل بستر (Ks):

مدول عکس العمل بستر مقدار تنشی می باشد که به صورت کاملا قائم به بستری وارد می گردد که موجب تغییر شکل به اندازه یک واحد در آن گردد.

گاهی اوقات انجام آزمایش صحرایی بارگذاری صفحه PLT امکان پذیر نیست و یا اینکه انجام آن مقرون به صرفه نمی باشد. حال در این شرایط می توان از نتایج آزمایش های قبلی استفاده کرد. یکی از خروجی های آزمایش بارگذاری صفحه ای، مدول عکس العمل بستر می باشد. در صورتی که بخواهیم تقریبی از مدول عکس العمل بستر خاک محلی را به دست آوریم و یا نتایج آزمایش خود را صحت سنجی کنیم می توانیم از جدول زیر استفاده کنیم:

مدول عکس العمل بستر بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مکعب
مدول عکس العمل بستر بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مکعب در انواع خاک

روش دیگر محاسبه مقدار Ks استفاده از نتایج آزمایش SPT می باشد. در این روش با استفاده از عدد حاصل از آزمایش SPT و یا داشتن میزان تراکم خاک می توانیم مقدار مدول عکس العمل بستر را تخمین بزنیم. برای تخمین مدول عکس العمل بستر در خاک های دانه ای از جدول زیر استفاده می کنیم:

مدول عکس العمل بستر در خاک های دانه ای
مدول عکس العمل بستر در خاک های دانه ای با استفاده از spt

برای تخمین مدول عکس العمل بستر در خاک های چسبنده از جدول زیر می توانیم استفاده کنیم:

مدول عکس العمل بستر در خاک های چسبنده
مدول عکس العمل بستر در خاک های چسبنده

خطاهای معمول در آزمایش بارگذاری صفحه

خطا در انجام آزمایش های مکانیک خاک امری غیرقابل اجتناب می باشد. برخی از این خطاها تاثیر زیادی در صحت نتایج دارند و برخی دیگر تاثیر کمتری را خواهند داشت. در این بخش چهار مورد از خطاهای رایج در آزمایش بارگذاری صفحه PLT بیان شده و راه کارهایی جهت کاهش اثرات خطا معرفی خواهد شد که به شرح زیر می باشد:

۱. عدم رعایت فاصله تا دیوار.

۲. تکیه گاه انعطاف پذیر.

۳. عمق آزمایش بارگذاری صفحه.

۴. ضرایب تبدیل نامعتبر.

خطاهای معمول در آزمایش بارگذاری صفحه - ایستا سازه
خطاهای معمول در آزمایش بارگذاری صفحه – ایستا سازه

۱. عدم رعایت فاصله تا دیوار:

در نتایج آزمایش بارگذاری صفحه PLT عدم رعایت فاصله صفحه بارگذاری تا دیوار ترانشه، اصلی ترین عامل ایجاد خطا است. در آزمون هایی که در گمانه دستی یا ترانشه انجام می گردد، این خطا غیرقابل اجتناب بوده و همواره وجود خواهد داشت.

۲. تکیه گاه انعطاف پذیر:

لازم است محل قرارگیری جک هیدرولیکی کاملا صلب بوده تا مانع از حرکت یا جابجایی گردد. اگر به جای تکیه گاه صلب از محل گیرداری انعطاف پذیر استفاده کنیم، در نتایج آزمایش خطا ایجاد خواهد شد. این شرایط برای مواقعی پیش خواهد آمد که هنگام حفر گمانه دستی، از سقف گالری به عنوان تکیه گاه استفاده می گردد و سقف گالری محیطی انعطاف پذیر می باشد. چرا که با اعمال فشار متراکم می گردد.

۳. عمق آزمایش بارگذاری صفحه:

آزمایش بارگذاری صفحه را نباید در اعماق زیاد زمین انجام بدهیم زیرا هنگامی که آزمایش PLT در گمانه دستی و در گالری انجام گردد، در اعماق زیاد، گوه های گسیختگی بر روی نتایج آزمایش تاثیر خواهند گذاشت.

4. ضرایب تبدیل نامعتبر:

هنگام تبدیل نتایج آزمایش برآمده از یک صفحه ۳۰ در ۳۰ به نتایج یک پی واقعی، از ضرایب تبدیلی استفاده خواهد شد که این ضرایب تبدیل، برای یک خاک خاص تحت یک شرایط خاص به دست آمده است و نمی توان آن را برای تمامی خاک ها معتبر دانست. استفاده از این ضرایب تبدیل نامعتبر، باعث ایجاد خطا در تست PLT می شوند.

هزینه آزمایش بارگذاری صفحه ای PLT

هزینه انجام آزمایش بارگذاری صفحه همانند تمامی آزمایش های دیگر ژئوتکنیکی تابع عوامل مختلفی بوده و ثابت نخواهد ماند. از مهمترین عوامل موثر در هزینه آزمایش صفحه PLT محل انجام آزمایش، فصل انجام آزمایش و… است.

جزئیات موجود در آزمایش PLT
جزئیات موجود در آزمایش PLT

زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

ادوات و تجهیزات حفاری (دستگاه دریل واگن) (Drill Wagon)

یکی از اصول اساسی و کاربردی در کار پایدارسازی و [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ (Experiment to determine the porosity and dry density of rock)

این آزمایش با هدف تعیین میزان تخلخل و چگالی خشک [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش های تعیین درصد رطوبت و شاخص دوام وارفتگی در سنگ ها (Water content of rock)

امروزه در بسیاری از بخش های مهندسی ژئوتکنیک پیشرفت های [...]


بیشتر بخوانید

دستگاه و تجهیزات تزریق دوغاب سیمان (ست تزریق) (Cement Grouting Equipment)

تزریق دوغاب سیمان یکی از روش های نسبتاً جدید پایدارسازی [...]


بیشتر بخوانید