آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)

آزمایش بارگذاری صفحه (PLT) یکی از متداولترین آزمایش ‌ها در مطالعات صحرایی است. با استفاده از نتایج آزمایش PLT می ‌توان ظرفیت باربری پی‌ ها را با مد نظر داشتن ملاحظات نشست ، مورد ارزیابی قرار داد. به عبارت دیگر، آزمایش بارگذاری صفحه ای روشی برای تخمین میزان نشست بستر، ناشی از ساخت سازه و یا تعیین ظرفیت باربری نهایی بستر ساختگاه است. واضح است که ایده ‌آل ترین حالت برای تعیین نشست بستر ناشی از بار واقعی سازه، حالتی است که بار معادل سازه بر سطحی به اندازه شالوده‌ واقعی اعمال شده و میزان نشست اندازه‌گیری شود. با توجه به هزینه و مشکلات تامین چنین شرایطی، آزمایش صفحه با اعمال بار طراحی پیشنهادی بر صفحه‌ ای با ابعاد کوچک، انجام می ‌شود. همچنین برای دستیابی به میزان نشست و ظرفیت باربری پی با ابعاد واقعی، از ضرایب تبدیل در ازمایش صفحه استفاده می ‌شود.

قیمت آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)

هزینه آزمایش بارگذاری صفحه (PLT) همانند تمامی آزمایش های دیگر ژئوتکنیکی تابع عوامل مختلفی است و ثابت نمی باشد. از مهمترین عوامل موثر در قیمت آزمایش PLT محل انجام آزمایش، فصل انجام آزمایش خاک و... می باشد. اما به طور کلی قیمت آزمایش خاک بارگذاری صفحه ، بالا بوده و از این جهت صرفا برای پروژه‌ های مهم صرفه اقتصادی دارد.

تجهیزات آزمایش صفحه

• سکوی بارگذاری
• جک هیدرولیکی با مکانیکی
• صفحات بارگذاری
• دستگاه ثبت نشست

روش انجام آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)

آزمایش بارگذاری صفحه (PLT) بر حسب شرایط مورد نظر ممکن است بر روی سطح زمین، سطح خاکبرداری شده نسبتا وسیع و یا در عمق انجام شود. جهت انجام ازمایش صفحه در عمق، نیاز به حفر یک  گودال تا عمق مورد نظر است. برای انجام این تست خاک پهنای گودال باید حداقل ۴ برابر عرض یا قطر صفحه و عمق آن باید برابر عمق استقرار پی انتخاب شود.

اگر چه روش استاندارد برای این ازمایش خاک استفاده از یک صفحه صلب فلزی دایره ‌ای با قطر ۰.۳ تا ۰.۷۵ متر با یک صفحه مربع به عرض ۰.۳ تا ۰.۶ متر است، اما در این خصوص استفاده از صفحه دایره ‌ای به قطر ۰.۳ متر یا یک صفحه مربع به بعد ۰.۳ متر متداول‌تر است. به منظور تامین صلبیت صفحه بارگذاری ، استفاده از صفحه فولادی با ضخامت حداقل ۲.۵ سانتیمتر توصیه می‌ شود.

مراحل انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای (PLT) 

• انتخاب و آماده سازی محل اجرای آزمایش PLT و تامین نیروی عکس‌العمل که معمولا توسط یک یا ترکیبی از ماشین‌آلات سنگین، مجموعه تکیه‌گاه، دیواره های گالری‌ حفاری شده، شمع ‌ها و مهارهای جانبی فراهم می‌ شود.
• انتخاب صفحه تست PLT با ابعاد و ضخامت مناسب؛ صفحه آزمایش بارگذاری صفحه ای معمولا دایره‌ای شکل به قطر 30 تا 100 سانتی‌متر است و در صورت نیاز برای افزایش سختی صفحه از سخت کننده استفاده می شود.
• قراردادن جک هیدرولیکی ، نیروسنج ، تیر مبنا و گیج ‌های ثبت نشست در محل مناسب؛ حداقل 3 گیج ثبت نشست مورد نیاز است.
• اعمال تدریجی و مرحله ‌ای بار نهایی به نحوی که در هر مرحله 1/5 تا 1/4 بار نهایی به صفحه توسط جک هیدرولیکی اعمال می‌ شود و حداقل 1 ساعت در هر مرحله به صفحه فرصت نشست داده می ‌شود. همچنین برای شروع مرحله بعد بارگذاری ، باید سرعت نشست به 25 میلی‌متر بر ساعت محدود شده باشد.

در پایان آزمایش با حذف بار وارده به صفحه می ‌توان میزان نشست الاستیک خاک را نیز مطالعه نمود.

با توجه به اینكه ابعاد صفحه آزمایش بارگذاری ، اغلب نسبت به ابعاد پی اصلی كوچك بوده و عمق نفوذ تنش نسبت به شرایط پی اصلی، كوچك تر است، در صورت وجود لایه بندی یا تفاوت مشخصات ژئوتكنیكی در محدوده تاثیر پی ، باید از تعمیم نتایج آزمایش صفحه برای پی خودداری شود.

بعد از اتمام آزمایش صفحه و با توجه به مقادیر بار و نشست ‌های متناظر با آن ها منحنی تغییرات تنش–نشست برای مرحله بارگذاری و باربرداری ترسیم می ‌شود. شیب بخش الاستیک منحنی تنش-نشست به عنوان ضریب عکس العمل بستر تعریف می ‌شود.

خطاهای آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)

خطا در انجام آزمایش های مکانیک خاک امری غیرقابل اجتناب است. برخی از این خطاها تاثیر زیادی در صحت نتایج داشته و برخی دیگر تاثیر کمتر دارند. در این بخش چهار مورد از خطاهای رایج در آزمایش PLT بیان شده و راهکارهایی جهت کاهش اثرات خطا معرفی می گردد.

عدم رعایت فاصله تا دیوار در آزمایش PLT

عدم رعایت فاصله صفحه بارگذاری تا دیوار ترانشه، اصلی ترین عامل ایجاد خطا در نتایج آزمایش بارگذاری صفحه می باشد. در آزمایش بارگذاری صفحه ای که در گمانه دستی یا ترانشه انجام می شود، این خطا غیرقابل اجتناب است و همواره وجود دارد.

تكیه گاه انعطاف پذیر

لازم است محل قرارگیری جک هیدرولیکی آزمایش صفحه کاملا صلب باشد تا مانع از حرکت یا جابجایی شود. اگر به جای تکیه گاه صلب از محل گیرداری انعطاف پذیر استفاده شود، در نتایج آزمایش بارگذاری صفحه (PLT) خطا ایجاد می شود. این شرایط برای مواقعی پیش می آید که هنگام حفر گمانه دستی، از سقف گالری به عنوان تکیه گاه استفاده می شود. سقف گالری محیطی انعطاف پذیر است. چرا که با اعمال فشار متراکم می شود.

عمق آزمایش بارگذاری صفحه 

آزمایش بارگذاری صفحه را نباید در اعماق زیاد زمین انجام داد. هنگامی که آزمایش PLT در گمانه دستی و در گالری انجام می شود، در اعماق زیاد گوه های گسیختگی بر روی نتایج آزمایش صفحه تاثیر می گذارد.

ضرایب تبدیل نامعتبر برای آزمایش صفحه

هنگام تبدیل نتایج آزمایش بارگذاری برآمده از یک صفحه ۳۰ در ۳۰ به نتایج یک پی واقعی، از ضرایب تبدیلی استفاده می شود. 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 می تواند موجب خطا در آزمایش PLT شود.

نتایج آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)

از آزمایش بارگذاری صفحه می توان نتایج مختلفی را استنباط کرد که این نتایج به شرح ذیل می باشد:

ظرفیت باربری با آزمایش صفحه

مقدار ظرفیت باربری در خاک های رسی مستقل از ابعاد پی است. لذا هنگام انجام آزمایش PLT بر خاک های رسی، همان مقدار حاصله را می توان ظرفیت باربری پی اصلی دانست. البته این موضوع صرفا برای رس های اشباع صادق است. در خاک های رسی کاملا اشباع، زاویه اصطکاک داخلی صفر است.

محاسبه نشست پی با ازمایش صفحه

نشست پی ها به طور غیر مستقیم از ظرفیت باربری به دست می آید. پس اگر مقدار ظرفیت باربری مشخص باشد، می توان نشست متناظر با آن را نیز محاسبه نمود. سپس می توان پس از محاسبه میزان نشست در صفحه مربوطه، با ضرایب تبدیل، نشست در پی اصلی نیز تعیین گردد. برای ایجاد این ارتباط، روابط گوناگونی ارایه شده است که معروف ترین آن ها روابطی است که توسط ترزاقی ارایه شده است. این رابطه ها برای خاک های ریزدانه و درشت دانه دو مقدار متفاوت پیشنهاد می دهند.

محاسبه مدول الاستیسیته با بارگذاری صفحه

 یکی از کاربرد های آزمایش PLT محاسبه مقدار یا مدول الاستیسیته خاک است. پس از پرسیومتری و دایلاتومتری می توان از آزمایش بارگذاری صفحه ای نتایج خوب و واقع بینانه ای انتظار داشت. 

تعیین مقاومت برشی خاک

هر چند روش اصلی بدست آوردن مقاومت برشی ، انجام آزمایش سه محوری است. از ازمایش صفحه نیز می توان جهت تخمین مقامت برشی در خاک های رسی زهکشی نشده استفاده کرد. در این حالت نباید بار اعمالی به صورت مرحله به مرحله اعمال شود. لازم است بار با یک آهنگ یکنواخت به صفحه اعمال گردد. سپس با استفاده از رابطه ای که کلیتون در سال ۱۹۹۱ ارایه کرده است می توان مقدار مقاومت برشی زهکشی نشده (Cu) را به دست آورد.

مزایا آزمایش بارگذاری صفحه (PLT) 

• آزمایش PLT تقریبا برای همه انواع خاک ‌ها درسطح یا در تراز پی قابل استفاده است.
• در خاک ‌های سخت، سنگ نرم و شن ‌های درشت که امکان نمونه‌گیری و استفاده از آزمایش ‌های SPT، CPT، VST وجود ندارد، بسیار مفید و کارگشا است.
• میزان خطای کمترتجهیزات آزمایش بارگذاری صفحه ای در مقایسه با آزمایش SPT
• قابلیت تکرار پذیری بیشتر ازمایش صفحه در مقایسه با آزمایش SPT
• انجام سریع آزمایش PLT  با امکان تهیه اطلاعات در عمق خاک به طور پیوسته و طبقه بندی لایه ‌های خاک
• امکان تعیین نوع خاک با توجه به نتایج آزمایش بارگذاری صفحه 
• اندازه گیری فشار آب حفره‌ ای در صورت نیاز
• عدم امکان اخذ نمونه خاک از اعماق مورد آزمایش بر خلاف آزمایش SPT

معایب آزمایش صفحه

• عدم امکان اخذ نمونه خاک از اعماق مورد آزمایش بر خلاف آزمایش SPT
• در اغلب موارد ظرفیت سیستم بارگذاری برای رساندن خاک به حد گسیختگی و تعیین ظرفیت باربری کفایت نمی ‌کند.
• عدم امکان انجام آزمایش بارگذاری صفحه ای در اعماق زیاد و زیر سطح آب
• هزینه بالای آزمایش بارگذاری صفحه
• محدودیت استفاده از آزمایش PLT در خاک‌ های دارای نشست تحکیمی
• عمقی از بستر که تحت تاثیر آزمایش صفحه قرار می ‌گیرد، بسیار کمتر از عمق تحت تاثیر سازه‌ی واقعی است که این مساله می ‌تواند باعث خطا در نتایج گردد.
• امکان رعایت بندهای اجرایی آیین ‌نامه در صورت اجرای آزمایش PLT در داخل چاه و گالری وجود ندارد.
• به دلیل استفاده از بار مرده و یا ماشین‌آلات سنگین به عنوان تامین کننده نیروی عکس ‌العمل، نیاز به زمین مسطح برای انجام ازمایش صفحه است.