آزمایش بارگذاری صفحه

: 04 بهمن 1400

آزمايش بارگذاري صفحه (Plate Load Test) روشي صحرايي براي تعيين ظرفيت باربري خاك، ارزيابي ميزان تراكم پذيري و محاسبه مدول عكس العمل بستر در برابر بارهاي وارده است در اين روش يك صفحه فلزي تحت بار قائم قرار گرفته و ميزان نشست آن ثبت ميگردد. شرايط اين صفحه نظير يك پي منفرد است، بنابراين مي توان نتايج آن را با اعمال ضرايبي براي محاسبه ميزان نشست پي هاي سطحي به كار گرفت

تجهیزات مورد استفاده در این آزمایش عبارت است از:

صفحه فولادي، كه معمولاً از صفحات داير هاي با قطر 30 تا 75 سانتيمتر و يا مربعي به ابعاد 30تا 60 سانتيمتر استفاده ميشود. براي اطمينان از صلبيت صفحه اغلب از سه صفحه هم مركز با قطرهاي مختلف استفاده ميشود. به طور كلي قطر صفحه آزمايش بارگذاري صفحه نبايد كمتر از شش برابر حداكثر اندازه دانه‌هاي خاك باشد.
جك هيدروليكي، كه براي اعمال فشار به صفحه مورد استفاده قرار ميگيرد
گيج اندازه گيري فشار قائم، كه ميزان فشار وارده از طرف جك به صفحه را اندازه گيري ميكند
گيجهاي اندازه گيري نشست، كه روي صفحه قرار گرفته و ميزان نشست را در سه نقطه از صفحه اندازه ميگيرند. اين گيجها به نقاط ثابتي در خارج ازصفحه بسته شده اند

این آزمایش به دو روش کنترل تنش و کنترل تغییر شکل قابل اجرا است. در روش کنترل تنش بار نهایی به صورت تدریجی (Incremental) به صفحه آزمایش وارد می‌شود و در روش کنترل تغییر شکل صفحه آزمایش با سرعت ثابت در زمین فرو رانده می‌شود. مقادیر نشست صفحه در هر مرحله از بارگذاری توسط گیج‌های تعبیه شده در نقاط مناسب واقع بر صفحه ثبت می‌شود. با استفاده از نتایج نشست و ظرفیت باربری حاصل از آزمایش بارگذاری صفحه و روابط تجربی ارائه شده می‌توان به میزان نشست و ظرفیت باربری پی با ابعاد واقعی دست یافت (ASTM D 1194-72).

تعيين خصوصيات خاك با استفاده از نتايج آزمايش بارگذاري صفحه

ظرفيت باربري

بنا بر داده‌های موجود در ادبیات فنی در خاک‌های رسی مقدار ظرفیت بابری مستقل از اندازه صفحه بوده در نتیجه ظرفیت باربری بدست آمده نهایی در این حاک‌ها برابر با ظرفیت بابری نهایی بدست آمده از آزمایش بارگذاری صفحه خواهد بود. البته به نظر مي آيد كه اين شرايط صرفا براي رسهاي اشباع زهكشي نشده و يا رسهاي عادي تحكيم يافته (مقدار زائیه اصطکاک صفر) مي تواند صادق باشد و براي رسهايي كه در طول عمر مفيد سازه همواره تحكيم يافته، خشك و يا زهكشي شده هستند زاويه اصطكاك داخلي آنها از مقدار قابل ملاحظه اي برخوردار است و اين فرض صحیح نحوتهد بود.

در خاک‌های غیر چسبنده هر سه جمله رابطه معروف ظرفیت بابری کاربرد داشته و لذا ابعاد فونداسیون در مقدار ظرفیت بابری نهایی پی تاثیرگذار خواهد بود لذا می توان از رابطه زیر جهت تعیین ظرفیت باربری پی با ابعاد مختلف از روی بارگذاری صفحه استفاده کرد:

البته استفاده از اين معادله در شرايطي توصيه ميشود كه نسبت عرض شالوده به عرض صفحه آزمايش از حدود 3 خيلي بيشتر نباشد. در زماني كه اين نسبت 6 تا 15 يا بيشتر است، برون يابي آزمايش بارگذاري صفحه نتايج تقريبي به دست ميدهد كه آن نتايج را ميتوان با استفاده از روابط همبستگي نفوذ اساندارد (SPT) و نفوذ مخروط (CPT) نيز به دست آورد

محاسبه نشست پي

به طور معمول ظرفيت باربري پي ها بر مبناي با نهايي براي گسيختگي برشي پي و همچنين بر اساس ملاحضات نشست تعيين ميگردد. در صورتي كه نتايج آزمايش بارگذاري صفحه در دست باشد نشستي كه باعث گسيختگي صفحه ميگردد قابل تعيين است. از سوي ديگر در صورتي كه نشست مجاز مشخص باشد مي توان ظرفيت باربري مجاز را با استفاده از منحني به دست آمده از آزمايش بارگذاري صفحه به دست آورد. با اين حال قبل از هر كاري بايد نشست صفحه به نشست پي تبديل شود. براي اين منظور چندين رابطه ارائه شده است. بر مبناي پيشنهاد ترزاقي و پك روابط زيرمورد استفاده قرار میگیرد:

براي خاك هاي رسي:

براي خاك هاي ماسه اي:

که در ان پارامترهای با اندیس p مربوط به صفحه بارگذاری و پارامترهای با اندیس F مربوط به فونداسیون خواهد بود

محاسبه مدول الاستيسيته

محاسبه مدول الاستيسيته از نتايج آزمايش بارگذاري صفحه اي يكي از روشهاي صحرايي تخمين مدول الاستيسيته خاك است و به نظر ميرسد كه پس از پرسيومتري و دايلاتومتري تخت، نتايج واقع بينانه تري نسبت به ساير آزمونهاي صحرايي به دست ميدهد. براي محاسبه مدول پيشنهاد كرده است BS 5930:1981الاستيسته از روي نتايج آزمايش بارگذاري صفحه، استاندارد كه از رابطه زير استفاده شود که در آن q فشار اعمال شده بین صفحه و خاک و B عرض صفحه و p نشست صفحه و νضریب پواسون خواهد بود:

محاسبه مدول عكس العمل بستر

مدول عكس العمل بستر در واقع مقدار تنش است كه اگر به صورت عمود بر صفحه پي وارد گردد به ميزان يك واحد در پي نشست ايجاد ميكند. به عبارت ديگر مدول عكس العمل بستر شيب منحني تنش نشست ميباشد. در عمل ديده ميشود كه مقدار k بازاي سطوح مختلف تنش تغيير ميكند و در سراسر محدوده تنش ثابت نيست. براي رفع اين اختلاف برخي محققين توصيه كرده اند كه مقدار k براي نشست نيم اينچ مورد توجه قرارگيرد (Indian Standard, 2007). همچینین در برخی مراجع توصیه شده است که ابتدا مقدار ظرفیت باربری نهایی صفحه را بدست آورده و سپس با تقسیم ان بر ضریب اطمینان مقدار ظرفیت بابری مجاز محاسبه گردد در نهایت نیز از تقسیم ظرفیت بابری مجاز صفحه بر نشست متناظر آن مقدار k را محاسبه کرد. با اين حال به نظر ميرسد كه بهتر است به جاي يك عدد منحني تغييرات k بر حسب سطح تنش ارائه گردد و يا اينكه براي هر سازه اي با توجه به سطح تنش واقعي پي اين پارامتر تعيين گردد

از سوي ديگر ابعاد صفحه نيز نقش موثري در تغيير مقدار k دارد و با بزرگ شدن بعد صفحه مقدار K افزايش مي بابد. روابط زير براي تبديل مدول عكس العمل صفحه يك فوتي به پي با عرض B ارائه شده است (Das.1990)

براي پي بر روي خاكهاي ماسه اي: