آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع

آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع یکی دیگر از آزمایش‌هایی است که برای به دست آوردن رفتار و بررسی خاک و ایجاد سازه‌های ایمن و مستحکم مورد استفاده قرار می‌گیرد. شمع نام ابزار و مصالحی است که از آن برای ایجاد پی‌های عمیق با ارتفاع زیاد استفاده می‌کنند. این شمع‌ها که از جنس‌های مختلفی مانند فلز، آلیاژ، پلاتین و موارد مشابه ساخته می‌شوند، برای منتقل کردن وزن سازه به زمین سفت مورد استفاده قرار می‌گیرند. زمانی که لایه زیرین سازه از استحکام و سفتی لازم برای ایجاد پی برخوردار نباشد، برای ساختن سازه‌های خود به ایجاد پی‌هایی با ارتفاع بالا نیاز داریم. پی‌هایی که با ارتفاع بالای خود، توانایی انتقال وزن سازه به زمین سفت را داشته باشند.

مکانیزم انتقال بار توسط شمع به‌گونه‌ای است که بار وارده توسط وزن سازه به زمین را توسط اصطکاک جدار و مقاومت نوک به خاک سفت منتقل می‌کند. مهندسین و پیمانکاران برای به دست آوردن اطلاعات مهمی مانند نوع شمع، زاویه ورود به خاک، طول شمع، ظرفیت باربری شمع و داده‌های مهم دیگری که برای ایجاد پی ساختمان توسط بارگذاری شمع مورد نیاز است، از آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع استفاده می‌کنند. برای آشنایی بیشتر با آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع تا انتهای مطلب ما را همراهی کنید.

روش‌های مختلف برای تعیین ظرفیت باربری؛ آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع

روش‌های مختلفی برای تعیین ظرفیت باربری شمع وجود دارد. این روش‌ها به شرح زیر هستند:

• روش تحلیل استاتیکی مبتنی بر پارامترهای مقاومت برشی
• استفاده مستقیم از نتایج آزمایش‌های درجا همانند آزمایش SPT و CPT
• آزمایش بارگذاری استاتیکی شمع
• روش دینامیکی
• فرمول دینامیکی
• تحلیل معادله موج (WEAP)
• آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع (PDA)
• تحلیل انطباق سیگنال (CAPWAP)

آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع یکی از روش‌های معمول و رایج برای به‌دست آوردن ظرفیت باربری شمع است. برای طراحی پی ساختمان نیاز به شمع‌هایی داریم که با ارتفاع و وزن سازه و همچنین شرایط محیطی پروژه سازگاری داشته باشند. برای به‌دست آوردن این اطلاعات از آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع استفاده می‌کنیم.

بیشتر بخوانید: برای  بهسازی خاک می توان به یکی از روش های میکروپایل یا ریزشمع اشاره کرد.

اساس انجام آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع + اهداف

اساس انجام آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع بسیار ساده و روشن است. در این آزمایش، شمع‌ها را به‌صورت قائم بر روی زمین قرار می‌دهید، سپس به‌صورت گسسته یا پیوسته ضربات و فشارهایی را به سرشمع وارد می‌کنند و در انتها، تغییرات مکانی (فرو رفتن سرشمع در زمین سفت) سرشمع را یادداشت و بررسی می‌کنند.

تغییرات مکانی سرشمع با توجه به نیروهای اعمال‌شده در یک نمودار یادداشت‌ شده و در طول اجرای پروژه به آن رجوع می‌شود. این کار به‌کمک روش‌های مختلفی انجام می‌شود و هر روش، از فرمول و مکانیزم خاصی برای پیش‌بینی ظرفیت نهایی باربری شمع استفاده می‌کند.

هدف از انجام آزمایش بارگذاری استاتیکی شمع به دست آوردن مقادیر عملی پارامترهایی نظیر ظرفیت باربری، مقاومت فشار، مقاومت جانبی و مقاومت کششی و مقایسه آن‌ها با مقادیر اسمی شمع است. این آزمایش، اطمینان اجرای پروژه را بسیار بالاتر می‌برد.

توصیه‌نامه FHWA انجام آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع در شرایط زیر را توصیه می‌کند

• پایین آوردن هزینه نهایی در پروژه‌هایی با ابعاد وسیع
• مشکوک بودن نسبت به ایمنی بارگذاری شمع و پی در پروژه
• تغییرات زیاد لایه‌های خاک یا سنگ محل پروژه در مکان‌های مختلف
• اگر بار طراحی نسبت به بارهای طراحی متداول، بزرگ‌تر است
• تغییرات ظرفیت باربری در طول زمان اجرای پروژه به دلیل گیرش یا رهایی خاک
• استفاده از نوع شمع جدید یا روش جدید برای بارگذاری شمع‌ها که قبلاً استفاده یا اجرا نشده است
• استفاده از شمع برای تحمل بارهای بیشتر از مقدار طراحی و پارامترهای اسمی شمع
• به‌دست آوردن مقادیر ظرفیت کششی و جانبی خاک

اهداف انجام آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع به شرح زیر است

• تعیین توان باربری تک شمع و یا گروه شمع
• تعیین جابجایی تک شمع و یا گروه تحت بار سرویس
• کنترل توان باربری مفروض و مقایسه آن با مقدار واقعی
• به‌دست آوردن مقادیر انتقالی توسط جداره و کف شمع
• افزایش ضریب اطمینان و صرفه‌جویی در هزینه پی‌سازی

درباره‌ی مبانی طراحی مهارگذاری یا انکراژ چیست؟

روش انجام آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع

برای شروع آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع به تعدادی شمع و یک یا چند جک هیدرولیکی بار محوری نیاز داریم که فشارها مدنظر را به سرشمع وارد کند. اگر بار اعمال‌شده فشاری باشد، سرشمع دچار کشش شده و اگر با اعمال‌شده کششی باشد، سرشمع‌های شمع تکیه‌گاه، تحت فشار قرار خواهند گرفت. برای انجام این آزمایش به پنج عدد شمع، چهار شمع تکیه‌گاه و یک شمع آزمایش، نیاز خواهیم داشت.

برای ایجاد بار یا فشار بر روی شمع آزمایش می‌توان از روش‌ها و تجهیزات مختلف زیر استفاده کرد:

• جک هيدروليكی و ايجاد عكس‌العمـل به‌وسیله قاب مهارشده: شمع آزمایش توسط نیروی جک به درون خاک فشرده‌شده و تغییرات مکانی سرشمع یادداشت می‌شود.
• جـک هيـدروليكی و ايجـاد عكـس‌العمـل به‌وسیله سكو: در این روش برای اعمال فشار توسط جک، از جعبه سنگین و وزین یا سکو استفاده می‌کنیم. سرشمع توسط نیروی وزن سکو به درون خاک فشرده می‌شود.
• روش مستقيم به کمک وزنه‌های معين: در این روش برای به دست آوردن نیروی عکس‌العمل از وزنه‌هایی با وزن و ابعاد یکسان استفاده می‌شود. وزن وزنه‌ها به جک هیدرولیکی کمک می‌کند تا سرشمع را به درون خاک هل دهد.

پس از ایجاد و اعمال فشار و کشش لازم به سرشمع و به دست آوردن مقادیر مدنظر، با استفاده روش‌ها و فرمول‌های مختلف زیر می‌توان ظرفیت باربری شمع مورد آزمایش را پیش‌بینی کرد:

روش تحلیل نتایج Davisson

در این روش از نمودار بار- جابجایی برای تحلیل ظرفیت باربری شمع استفاده می‌شود. فرمول‌های محاسباتی این روش به شرح زیر هستند:

قطر شمع بر حسب اینچ:

d=0.15+b/120

قطر شمع بر حسب میلی‌متر:

d= 4+ b/120

روش تحلیل نتایج Hansen

در روش Hansen برای تحلیل ظرفیت باربری شمع، به شکل مستقیم از منحنی بار – جابجایی آزمایش‌ استاتیکی بارگذاری شمع‌‌ استفاده می‌شود. بار نهایی در این روش با استفاده از روابط زیر به دست می‌آید:

• C1: شیب خط منحنی جابجایی
• C2: عرض از مبدأ خط منحنی

روش تحلیل نتایج Chin-Kondner

در این روش همانند روش Hansen می‌توان با استفاده از خط رسم شده، باربری نهایی شمع را به‌دست آورد:

• Qu: ظرفیت نهایی شمع
• C1: شیب خط

روش تحلیل نتایج DeBeer

در روش DeBeer  منحنی بار – جابجایی در مقیاس لگاریتمی رسم می‌شود.  ظرفیت باربری نهایی شمع در نمودار لگاریتمی، همان نقطه عطفی است که در آن، شیب نمودار معکوس می‌شود.

سخن پایانی

در این مقاله در مورد آزمایش استاتیکی بارگذاری شمع صحبت کرده و از نزدیک با روش‌های انجام این آزمایش، هدف از انجام این آزمایش و اهمیت آن آشنا شدیم. متوجه شدیم که انجام این آزمایش برای به‌دست آوردن ظرفیت برابری نهایی شمع‌های مورد استفاده در پی‌های عمیق، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. انجام این آزمایش ایمنی بالاتر و استحکام بیشتر سازه را تضمین می‌کند.