روش­های آزمایش بارگذاری ریزشمع یا میکروپایل ­ها

  • روش استعمال بار

اگر ریزشمع (یا میکروپایل)  برای بارهای کششی و فشاری طراحی شده باشد، پس بایستی هر دو شرایط بارگذاری آزمایش شود. اگر قرار است، یک ریزشمع (یا میکروپایل)  تحت هر دو بار فشاری و کششی آزمایش شود، پیشنهاد می­گردد که ابتدا آزمایش کششی صورت پذیرد. بدین ترتیب شمع می­تواند در طی آزمایش فشاری استراحت کند، در حالیکه بخشی از جابجایی روبه بالای باقیمانده در طی آزمایش کششی، هنوز رخ می­دهند.

اعمال بار را می­توان طی یک سیکل بطور فزاینده تا ظرفیت مورد نیاز پیش برد، یا در طی چند سیکل در حین اعمال بار و حذف آن بصورت نموی به حداکثر بار برسیم. اگر هدف رسیدن به ظرفیت نهایی شمع باشد، ممکن است استفاده از بارگذاری چرخه­ای ترجیح داده شود. تحلیل الاستیک و جابجایی­های باقیمانده اندازه­ گیری شده در طی بارگذاری چرخه­ای دیدگاه­های ارزشمندی در مورد عملکرد شمع و مد گسیختگی تامین خواهد کرد، و هزینه­ های اضافی را به حداقل می­رساند. حتی اگر در پروژه چنین شمعی داشته باشیم، معمولاً لازم نیست که آزمایش بارگذاری بر روی یک شمع مایل اجرا شود. شمع­های مایل بسیار کم اجرا می­شوند، و البته بر شکل پذیری سازه و ظرفیت منتجه آن تاثیر می­گذارد، بویژه شمع­هایی که با روش گمانه غلاف گذاری شده اجرا شده ­اند. آزمایش یک شمع مایل، بویژه برای آزمایش­های فشاری مشکل بوده و می­تواند هزینه­ های پروژه را افزایش دهد.

  • مدت زمان نگهداشت بار

مدت زمانی که هر بار اعمالی نگه داشته می­شود (آزمایش گرایش یک شمع به خزش) یکی دیگر از ملاحظات مهم می­باشد. اگر یک شمع در خاک­های غیر حساس به خزش همچون ماسه­ ها، شن­ها و یا سنگ، اجرا شده باشد، می­توان حداکثر بار آزمایش را برای فقط 10 دقیقه نگه داشت، و اگر معیارهای پذیرش ارضاء نشدند، زمان را بیشتر کرد. اگر شمع در خاک حساس به خزش همچون سیلت پلاستیک و یا رس اجرا شود، مدت زمان نگهداری حداکثر بار آزمایش بسته به نوع و بزرگی بارگذاری طرح، طبیعت خاک، و حساسیت سازه پشتیبانی شده، می­تواند بین 100 دقیقه تا 24 ساعت متغیر باشد.

 

  • معیار پذیرش آزمایش بارگذاری

بزرگی و جهت باری که شمع بایستی تحمل کند، در طراحی سازه تعیین می­شود. همچنین حداکثر جابجایی شمع نیز، با لحاظ نمودن حساسیت آن به جابجایی، یا لحاظ نمودن جابجایی­های مجاز و دوران مشخص شده پی در طی تحلیل­های لرزه­ای، در طی طراحی سازه تعیین می­شود. معیار جابجایی مجاز خزشی را می­توان بر طبق معیارهای استاندارد آزمایش مهار (anchor) (PTI,1996) و آزمایش میخکوبی (FHWA, 1996) که خود بر اساس یک جابجایی مجاز 2 میلیمتری بر لوگاریتم سیکل زمان به دقیقه می­باشد، تعیین کرد.

معیارهای پذیرش آزمایش بارگذاری، منحصر به نوع سازه می­باشد و نوعاً شامل موارد زیر می­باشد:

* شمع آزمایش ارزیابی بایستی بار کششی یا فشاری برابر با 250% بارگذاری مشخص شده طرح بهره­برداری (2.5×DL) را بدون گسیختگی تحمل کند. شمع آزمایش شاهد بایستی بار کششی یا فشاری برابر با 167% بارگذاری مشخص شده طرح بهره­برداری (1.67×DL) را بدون گسیختگی تحمل کند. گسیختگی شمع بعنوان جابجایی ممتد راس شمع بدون افزایش در بار اعمالی تعریف می­شود.

* شمع آزمایش بایستی مقادیر بار طرح را با یک جایجایی کلی راس شمع که از —- میلیمتر بزرگتر نباشد، تحمل کند. برای آزمایش­های مرکب فشاری و کششی، جابجایی کلی بایستی نسبت به موقعیت راس شمع در شروع آزمایش اولیه اندازه­گیری شود. (توضیح: طراح سازه­ای باید جابجایی حداکثر مجاز برای راس شمع را مبتنی بر الزامات طراحی سازه­ای تعیین کند. برای جزئیات بیشتر در مورد رهنمودهای طراحی، به فصل 5 رجوع کنید).

* در حالیکه که بار اعمالی را برابر 133% بار طرح بهره ­برداری نگه داشته­ایم، افزایش در جابجایی راس شمع (خزش) اندازه­گیری شده بین دقایق 1 تا 10، نبایستی از 1 میلیمتر فراتر رود. اگر افزایش در جابجایی از معیار مذکور فراتر رفت، مدت زمان نگهداشت بار بایستی تا 60 دقیقه یا بیشتر ادامه داده شود. نرخ خزش بین 6 و 60 دقیقه نبایستی از 2 م.م. بر لوگاریتم سیکل زمان در دقیقه  فراتر رود.

معیار پذیرش آزمایش بارگذاری منحصر به سازه می­باشد و بایستی بوسیله طراح بررسی شود. ممکن است، مقاوم­ سازی لرزه­ای در سازگاری با سیستم شمع موجود، امکان جابجایی­های بزرگ­تر را به ما بدهد.

 

  • آرایش آزمایش بارگذاری و ابزارسنجی

برای آزمایش­های جانبی و محوری، رایج­ترین و آسان­ترین سیستم شامل یک جک هیدرولیکی و reaction arrangement می­باشد. سیستم عکس العمل ممکن است در مجاور ریزشمع (یا میکروپایل) ­ها، مهارکوبی، و یا پی­های نواری و گسترده­ای باشد که در مجموع، عکس العمل باربری زمین را برای آزمایش کششی تامین می­کند. آرایش ابزار آزمایش در شکل 1، 2 و3 برای آزمایش­های فشاری، کششی و جانبی نشان داده شده است. سایر ابزار آزمایش در عکس­های 1 تا 3 نشان داده شده­اند. بار توسط یک جک هیدرولیکی اعمال می­گردد، با همان بزرگایی که از طریق رابطه سازی با قرائت­های فشار هیدرولیک از گیج نصب شده بر روی جک تعیین شده است. این کورولیشن از طریق کالیبراسیون جک و گیج بدست آمده است. کالیبراسیون معمولاً در دوره­های 90 روزه نیاز می­باشد. شکل 4 نمودار بار در مقابل فشار گیج را نشان می­دهد که با کالیبره کردن جک بدست آمده است.

شکل 1. آزمایش بارگذاری فشاری (طبق ASTM D1143)

 

شکل2. آزمایش بارگذاری کششی

 

شکل 6-3. آزمایش بارگذاری جانبی

 

عکس 1. آزمایش بارگذاری فشاری

 

 

(الف)

 

(ب)

عکس 2-الف و ب. آزمایش بارگذاری کششی

 

 

 

 

 

عکس 3. نمونه­هایی از جک آزمایش بارگذاری

 

شکل 4. نمونه­ای از منحنی کالیبراسیون جک

 

 

 

عکس 4. ابزار سنجی آزمایش بارگذاری ریزشمع (یا میکروپایل)

ابزارهای ثبت عملکرد شمع شامل موارد زیر می­باشد: ( به عکس­های 4 تا 6 رجوع کنید)

  • گیج­های صفحه مدرج- جابجایی­های جانبی و عمودی معمولاً با گیج­های صفحه مدرج، با دقت قرائت 025/0 م.م. اندازه ­گیری می­شوند. در آزمایش بارگذاری محوری، گیج­ها بر روی یک تیر مرجع مستقل نصب می­شوند که تکیه­ گاه­های آن حداقل در فاصله 13/2 متری از شمع مورد آزمایش قرار گرفته­اند. متوسط قرائت­های سه گیج برای تنظیم سر شمع استفاده می­شود. گیج­ها در اطراف شمع در یک فاصله برابر از مرکز شمع قرار می­گیرند.
  • سیم به همراه آینه و خط کش (تراز)- می­توان جابجایی راس شمع را با استفاده از یک آینه در کنار یک خط کش (تراز) نصب شده بر روی شمع و یک سیم متصل به یک ریسمان در جلوی خط کش، قرائت نمود. خط کش با تنظیم خط نور در لحظه­ای که سیم با انعکاس آن به یک خط در آید، قرائت می­شود. این روش ممکن است بعنوان پشتیبان سیستم گیج­های صفحه مدرج استفاده شود، اما دقت آن کم­تر است.
  • روش مساحی- همچنین می­توان، جابجایی شمع را با استفاده از ابزار مساحی (تئودولیت، تراز) قرائت نمود. این روش ممکن است بعنوان پشتیبان سیستم گیج­های صفحه مدرج استفاده شود، اما دقت آن کمتر است.
  • لود سل- از لود سل­ها می­توان بعنوان روشی پشتیبان جهت اندازه گیری بار اعمال شده به شمع استفاده نمود. می­توان آنها را برای دقیق­تر و ثابت­تر نگه داشتن بار در سرتاسر آزمایش خزش در آزمایش بارگذاری ارزیابی استفاده کرد. در حین استفاده از لود سل­ها، باید از هم تراز شدن لود سل­ها با محور ریزشمع (یا میکروپایل) و جک، اطمینان حاصل شود. لود سل­ها عمدتاً برای بررسی تغییرات کوچک بارها استفاده می­شوند و امکان تنظیم و ثابت نگه داشتن یک بار در طی آزمایش خزش را به ما می­دهند. بعنوان مثال، فرض کنید که در یک آزمایش خزش لود سل برای بار اول “440” را قرائت می­کند، مهم است که “440” قرائت شده بر روی لود سل، بواسطه تنظیمات فشار جک در کل مدت آزمایش ثابت نگه داشته شود. بدین ترتیب اطمینان حاصل می­کنیم که بار در سرتاسر مدت آزمایش خزش براستی ثابت نگه داشته شده است.
  • Telltales- telltaleها میله­های فایبرگلاس یا فلزی هستند که بمنظور اندازه­گیری جابجایی محوری شمع در آن نقاط در ارتفاع­های مختلف به داخل دوغاب شمع کوبیده می­شوند. نوک میله در داخل دوغاب در نقاط دلخواه با remainder sheathed جاسازی می­شود تا امکان جابجایی آزادانه شمع مهیا باشد. حرکت در بالای میله با یک گیج صفحه مدرج یا ابزار اندازه­گیری الکترونیک اندازه­گیری می­شود. جهت اندازه گیری حرکت در چندین نقطه می­توان از Multiple telltales استفاده کرد. بایستی دقت لازم، برای پرهیز از آسیب دیدن telltaleها در طی اجرای شمع صورت گیرد. مثلاً ممکن است طی دوران طناب مته، میله­ها بدور آن پیچیده شوند و آسیب ببینند، یا اینکه حین تزریق دوغاب آسیب ببینند.
  • گیج­های کرنشی- برای اندازه­ گیری تراز تنش در تقویت کنند­ه­ها در سطوح مختلف شمع، می توان گیج­های کرنشی را بر روی فولادهای مسلح کننده نصب نمود. دقت شود که گیج­ها و سیم­های اتصال در طی اجرا آسیب نبینند. گیج­های کرنشی، بیشتر از نوع سیم ارتعاشی استفاده می­شوند (اگر بتوان استفاده نمود).
  • انحراف سنج – برای اندازه­گیری تغییر شکل­های شمع در طی آزمایش بارگذاری جانبی می­توان از انحراف سنج استفاده نمود

 

عکس 5. ابزار سنجی آزمایش بارگذاری ریزشمع (یا میکروپایل)

 

 

عکس 6. ابزار سنجی آزمایش بارگذاری ریزشمع (یا میکروپایل)