آزمایش‌های استاتیکی شمع
تعیین ظرفیت باربری واقعی شمع‌ها (یا پی‌های عمیق) همواره با دشواری‌هایی همراه بوده است. خواص فیزیكی و مكانیكی منحصر بفرد خاک مانند ناهمگونی، ناهمسانی، وجود آب و تركیبات مختلف خاک در طبیعت، استعداد خزش، رفتار پیچیده تنش – كرنش از یك‌سو و تنوع شمع‌ها از لحاظ جنس مصالح، شكل مقاطع، روش‌های اجرا، نصب و سایر موارد دیگر موجب پیچیدگی اندركنش المان سازه‌ای شمع و خاك اطراف آن میشوند. لذا مدل كردن چنین شرایط پیچیده‌ای كه متغیرهای مختلفی در آن دخالت دارند، دشوار است. از سوی دیگر، تعیین پارامترهای مدل با دقت مورد نیاز نیز كار دشواری است. این مسأله موجب كاهش دقت درتعیین ظرفیت باربری شده و در نتیجه استفاده از روش‌های تحلیلی را با مشكلات بیشتری مواجه ساخته است. نیاز به طراحی بهینه شمع‌ها پژوهشگران را بر آن داشت كه روش‌ها و شیوه‌های دیگری را نیز به عنوان مكمل برای تعیین ظرفیت باربری پیشنهاد نمایند.
تعیین ظرفیت باربری و رفتار نیرو – تغییر مکان شمع (یا پی عمیق) از جمله مهمترین موارد در طراحی و اجرای شمع به شمار میرود. روش‌های مختلف تعیین یا كنترل ظرفیت باربری محوری شمع‌ها را می‌توان به چهار دستة كلی تقسیم نمود.
- روش‌های تحلیل استاتیكی (برای تعیین مقاومت‌های نوک و جدار با استفاده از روش‌های مبتنی بر حالت حد نهائی)
- استفاده (مستقیم) از نتایج آزمایش‌های برجا (مانند SPT، CPT و پرسیومتر)
- آزمایش بارگذاری استاتیكی محوری (تا مرحله گسیختگی خاک)
- روش‌های دینامیكی به منظور تعیین ظرفیت استاتیكی (تست‌های دینامیکی مانند PDA و تحلیل‌های دینامیکی مانند WEAP و انطباق سیگنال)
استفاده از هر یک از دسته روش‌های فوق در مراحل مختلف مطالعات مقدماتی، طرح جزئیات، برنامه ریزی اجرا و کنترل کیفیت بنا به تجربه طراح، شرایط ساختگاه، وسعت پروژه، امکانات اجرائی و آئین نامه‌های ملی و تجارب منطقه‌ای تعیین میشود. آنچه مسلم است تصمیم نهائی برای انتخاب ظرفیت باربری شمع تنها بر اساس یک روش گرفته نمی‌شود و بلکه مبتنی بر ترکیبی از دسته روش‌های فوق تعیین میشود.
به هر حال آزمایش بارگذاری استاتیكی به عنوان یک روش قابل اعتماد می‌تواند در مرحله طراحی و قبل از اجرای شمع‌های اصلی به عنوان شمع آزمایشی، (Test Pile)، یا در حین عملیات اجرا بر روی شمع‌های اصلی برای اطمینان از پیش بینی طرح و همچنین کنترل کیفیت اجرا انجام پذیرد. تعداد، نوع و شرایط آزمایش در هر مرحله از پیشرفت پروژه بستگی به اندازه، اهمیت و سایر شرایط پروژه خواهد داشت که توسط مهندس مشاور ژئوتکنیک طرح تعیین میشود.
آزمایش بارگذاری استاتیکی در طول طراحی شمع
با توجه به اینكه آزمایش بارگذاری معمولاً روی شمع با ابعاد و شرایط شمع واقعی انجام میشود، نتایج آن در مقایسه با سایر روش‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای این منظور ممكن است یك یا چند شمع آزمایشی در محدوده ساختگاه اجرا شده و بارگذاری روی آنها انجام شود. در صورت امكان می‌توان محل شمع‌های آزمایشی را طوری انتخاب كرد كه به عنوان شمع اصلی بكار برده شوند. تعداد شمع‌های آزمایشی، نوع شمع‌ها، روش اجرا و شرایط بارگذاری لازم است توسط مشاور ژئوتکنیک مسئول اجرای طرح انجام پذیرد.
برای این منظور توجه به نكات ذیل ضروری است.
- قبل از انجام آزمایش باید مطالعات ژئوتكنیك در ساختگاه به طور كامل انجام شده باشد.
- نوع شمع، تجهیزات و روش اجرا همانند شرایط اجرای شمع‌های اصلی باشد.
- مراحل اجرای شمع باید با نظارت مشاور ژئوتکنیک و مستند سازی كامل انجام پذیرد.
- شمع‌ها حداقل باید تا ٢٢ برابر بار سرویس و ترجیحاً تا مرحله گسیختگی كامل بارگذاری شوند.
- روش آزمایش و ملحقات آن و نحوه گزارش نتایج طبق توصیه‌های ASTM صورت پذیرد.
- در صورت امكان از نصب میله‌های شاخص (Telltales) و یا سایر انواع ابزار در شمع به منظور تفكیك مقاومت‌های نوک و جدار استفاده شود.
آزمایش بارگذاری استاتیکی در طول اجرای شمع و پس از اجرا
معمولاً آزمایش‌های بارگذاری روی تعدادی شمع در مراحل مقدماتی اجرای شمع انجام میشود. هدف از انجام این آزمایش‌ها حصول اطمینان از باربری ایمن شمع‌ها و همچنین كنترل عملیات اجرایی است. انتخاب شمع‌های آزمایشی توسط مهندس مشاور مسئول ژئوتكنیك طرح و بر اساس مشاهدات رفتاری شمع در حین اجرا انجام می‌پذیرد. همچنین آزمایش‌های كنترلی در طول اجرا و پس از اتمام اجر ا معمولاً به منظور كنترل كیفیت، بازرسی و اطمینان از صحت اجرا انجام میشود. توصیه میشود یك شمع از هر گروه در مواردی كه نكات خاصی در حین اجرای شمع، مثلاً تفاوت قابل توجه در لایه بندی خاک، مشاهده شده آزمایش شود.
تعداد کل آزمایش‌های بارگذاری استاتیکی در مر احل مختلف طراحی، اجرا و پس از اجرا، بسته به شرایط ساختگاه، تعداد کل شمع‌ها و نظر مشاور ژئوتکنیک طرح تعیین میشود. به عنوان یک شاخص راهنما می‌توان ٢ آزمایش به ازاء هر ١٠٠ شمع را در نظر داشت. در صورت استفاده از آزمایش دینامیک شمع (PDA) می‌توان تعداد آزمایش‌های بارگذاری استاتیکی را کاهش داد.
توجه به این نكته ضروری است كه نشست شمع‌ها، به ویژه گروه شمع را نمی‌توان از نتایج آزمایش بارگذاری تعیین نمود. حتی اگر آزمایش از نوع آهسته و طولانی باشد نیز محاسبه نشست، به ویژه نشست ناشی از تحکیم، از نتایج آزمایش بارگذاری صحیح نیست.
نحوه انجام آزمایش بارگذاری استاتیکی شمع
آزمایش بارگذاری استاتیكی محوری فشاری باید مطابق استاندارد ASTM D- ۱۱۴۳ انجام شود. فواصل و دقت‌های توصیه شده در استاندارد به عنوان حداقل‌های لازم تلقی شوند و چنانچه مقادیر بكار گرفته شده كمتر از مقادیر استاندارد باشند مسلماً نتایج قابل قبول نخواهد بود. به عنوان مثال، فواصل توصیه شده بین تیرهای مرجع برای اندازه‌گیری نشست و تكیه‌گاه‌های تیراصلی و شمع آزمایشی، حداقل‌های لازم برای انجام آزمایش بوده و در صورت امكان بهتر است فواصل بیشتری اختیار شوند.
سایر آزمایش‌های بارگذاری یا کنترل کیفیت شمع
در برخی موارد ممكن است نیاز به آزمایش‌های بارگذاری دیگری مانند آزمایش بیرون كشش (Pullout) یا آزمایش بارگذاری جانبی باشد که در این صورت نیز باید آزمایش را طبق استاندارد انجام داد. آزمایش بیرون كشش شبیه به آزمایش فشاری است، اما تهیه نیروی عكس العمل لازم برای آن به مراتب ساده‌تر است.
موارد كاربرد
آزمایش بارگذاری استاتیكی محوری فشاری به شمع‌های عمودی یا مایل كه به صورت تكی یا گروهی اجرا میشوند اختصاص دارد و به منظور تعیین پاسخ تك شمع یا گروه شمع نسبت به بار فشاری محوری وارده بكار میرود. این آزمایش بر روی انواع پی‌های عمیق (بدون توجه به روش اجرای آنها) كه شبیه به شمع‌ها عمل می‌نمایند، قابل انجام است.
