آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)

هدف از انجام آزمایش بارگذاری صفحه

آزمایش بارگذاری صفحه (Plate Load Test)، یا به اختصار PLT، با هدف اصلی اندازه‌گیری نشست خاک به ازای بارهای مختلف و تعیین ظرفیت باربری بستر ساختگاه پروژه‌های با اهمیت بالا انجام می شود. بارگذاری صفحه به دو روش کنترل تنش و کنترل تغییر شکل قابل اجرا است. در روش کنترل تنش بار نهایی را به صورت تدریجی (Incremental) به صفحه آزمایش وارد می کنیم و در روش کنترل تغییر شکل، صفحه آزمایش با سرعت ثابت در زمین فرو رانده می‌شود.

آزمایش بارگذاری صفحه(PLT) یکی از قدیمی‌ترین آزمایش‌های صحرایی در زمینه مطالعات ژئوتکنیک است که با تحلیل نتایج حاصل از آن، می‌توان اطلاعات غنی ازجمله ظرفیت باربری، مدول عکس‌العمل بستر و دیگر مشخصات مهم خاک را به دست آورد. نام این آزمایش به انگلیسی به‌عنوان “Plate Load Test”  بوده که به‌اختصار به آنPLT  می‌گویند.

نحوه عملکرد آزمایش PLT

پی ال تی با استفاده از بارگذاری یک صفحه مستطیلی یا دایره‌ای به سطح خاک انجام می‌شود. این فرآیند به صورت تدریجی انجام شده و در نتیجه، تغییرات فشار و نشست در زیر صفحه بررسی می‌گردد.

نتایج حاصل از این مراحل آزمایش خاک شامل پیشروی نشست، توزیع فشار و نمودار بار-نشست بوده و به مهندسان امکان می‌دهد تا به بهترین شکل ممکن طراحی‌های خود را انجام دهند و در اجرای پروژه‌های ساختمانی در بهبود پایداری و عملکرد باربری خاک، مشارکت کنند.

در فرآیند انجام آزمایش بارگذاری صفحه  (PLT)که از استاندارد ASTM-D1194 پیروی می‌کند، هدف اصلی این است که نشست خاک در مقابل بارهای مختلف را اندازه‌گیری کرده و ظرفیت باربری بستر، ساختگاه پروژه‌های با اهمیت بالا را تعیین کنند. این آزمایش از دو روش کنترل تنش و کنترل تغییر شکل برخوردار است.

در روش کنترل تنش، بار نهایی به‌صورت تدریجی (Incremental) به صفحه آزمایش وارد می گردد. درحالی‌که در روش کنترل تغییر شکل، صفحه آزمایش با سرعت ثابت در زمین فرو رانده می‌شود. در هر مرحله از بارگذاری، مقادیر نشست صفحه توسط گیج‌های تعبیه شده در نقاط مناسب بر صفحه ثبت می‌گردد.

با استفاده از نتایج نشست و ظرفیت باربری حاصل از آزمایش بارگذاری صفحه و از طریق روابط تجربی، می‌توان به میزان نشست و ظرفیت باربری پی با ابعاد واقعی دست‌یافت. این فرآیند اطلاعات دقیقی از رفتار خاک در شرایط واقعی ساختگاه را فراهم می‌کند.

تأکید می‌شود که آزمایش بارگذاری صفحه نه‌تنها در زمینه خاک‌ها بلکه در آزمایش‌های مکانیک سنگ نیز به‌عنوان یک ابزار ارزشمند برای تعیین مدول تغییر شکل توده سنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. درهرصورت، تجهیزات و روش اجرای آزمایش بر روی توده‌های سنگی ممکن است متفاوت باشد و محاسبات نیز در مواردی متفاوت با آزمایش خاک انجام می‌گیرد.

کاربردهای آزمایش بارگذاری صفحه

کاربردهای مختلف این تکنیک عبارت‌اند از:

ظرفیت باربری

مقدار ظرفیت باربری در خاک‌های رسی، مستقل از ابعاد پی، است. این اصل باعث می‌شود که هنگام انجام آزمایش بارگذاری صفحه‌ای در خاک‌های رسی، مقدار حاصله را به‌عنوان ظرفیت باربری پی اصلی در نظر بگیریم. این حقیقت خاصاً برای رس‌های اشباع صدق می‌کند. در خاک‌های رسی کاملاً اشباع، زاویه اصطکاک داخلی صفر است و به همین دلیل مقدار جمله اول در رابطه ظرفیت باربری ترزاقی و هانسن نیز صفر خواهد بود.

برای خاک‌های دیگر که دارای پارامترهای f و C هستند، نمی‌توان به‌صورت دقیق مقدار ظرفیت باربری را با مقدار برآمده از آزمایش PLT برابر قرار داد. در این حالت، مقدار به‌دست‌آمده از صفحه، به نسبت طول پی به طول صفحه بزرگ‌تر خواهد بود.

محاسبه نشست پی

نشست پی به‌طور غیرمستقیم از ظرفیت باربری پی به دست می‌آید. درواقع، اگر مقدار ظرفیت باربری پی مشخص باشد، می‌توان نشست متناظر با آن را محاسبه نمود. این محاسبات از طریق استفاده از ضرایب تبدیلی انجام شده که نتیجه آن نشست در صفحه را به نشست در پی اصلی تبدیل می‌کند.

پس از انجام محاسبات، این مقدار با استفاده از روابط تبدیلی به نشست در پی اصلی ارتباط برقرار می‌کند. برای این ارتباط، روابط گوناگونی وجود دارند که معروف‌ترین آن‌ها توسط پک و ترزاقی ارائه گردیده‌اند. این روابط برای خاک‌های ریزدانه و درشت‌دانه، دو مقدار متفاوت برای پارامترهای تبدیلی پیشنهاد می‌کنند.

با اعمال این روابط و ضرایب تبدیلی، امکان دستیابی به نشست متناظر با ظرفیت باربری پی در انواع خاک‌ها و شرایط مختلف ممکن می‌شود.

محاسبه مدول الاستیسیته

یکی از کاربردهای اصلی آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)، محاسبه مقدار مدول الاستیسیته (E) خاک است که جزء مهم‌ترین کاربردهای این آزمایش محسوب می‌شود. این مقدار از فرمولی که در استاندارد BS 5930:1981 ارائه شده است به دست می‌آید. پس از انجام این آزمایش و استفاده از داده‌های حاصله، می‌توان نتایج دقیق و واقع‌بینانه‌ای در خصوص مدول الاستیسیته خاک به دست آورد.

این کاربرد آزمایش پی ال تی، بعد از پرسیومتری و دایلاتومتری، یکی از روش‌های معتبر برای اندازه‌گیری و تعیین مدول الاستیسیته خاک به شمار می‌رود. به کمک این آزمایش و اطلاعات حاصل از آن، مهندسین قادرند تا به تحلیل و طراحی مؤثرتری در پروژه‌های مرتبط با خاک بپردازند و از اطلاعات دقیقی در زمینه رفتار مکانیکی خاک برخوردار شوند.

تعیین مقاومت برشی خاک

هرچند روش اصلی و مهم برای به دست آوردن مقاومت برشی، انجام آزمایش سه محوری است، اما می‌توان از آزمایش بارگذاری صفحه  (PLT)نیز برای تخمین مقاومت برشی در خاک‌های رسی زهکشی نشده استفاده کرد. در این حالت، باید بار به‌صورت یکنواخت و به یک آهنگ به صفحه وارد شود و نه به‌صورت مرحله‌به‌مرحله. سپس با استفاده از رابطه‌ای که توسط کلیتون در سال ۱۹۹۱ ارائه شده است، می‌توان مقدار مقاومت برشی زهکشی نشده (C_u) را به دست آورد.

تخمین مدول عکس‌العمل بستر یا (KS)

مدول عکس‌العمل بستر، مقدار تنشی است که به‌صورت کاملاً قائم به بستری وارد می‌شود و موجب تغییر شکل به‌اندازه یک واحد در آن می‌گردد.

در برخی مواقع، امکان انجام آزمایش صحرایی بارگذاری صفحه (PLT) وجود ندارد یا انجام آن مقرون‌به‌صرفه نیست. در این شرایط، می‌توان از نتایج آزمایش‌های قبلی استفاده کرد. یکی از خروجی‌های آزمایش بارگذاری صفحه‌ای، مدول عکس‌العمل بستر است. اگر بخواهیم تقریبی از مدول عکس‌العمل بستر خاک محلی را به دست آوریم یا نتایج آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)، خود را صحت سنجی کنیم، می‌توانیم از جدول زیر استفاده کنیم:

نوع خاک	مدول عکس‌العمل بستر برحسب کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب
	حداقل	حداکثر
ماسه سست	48/0	6/1
ماسه با تراکم متوسط	96/0	8
ماسه متراکم	4/6	8/12
ماسه رس دار با تراکم متوسط	2/3	8
ماسه لای دار با تراکم متوسط	4/2	8/4
رس سست	2/1	4/2
رس متوسط	4/2	8/4
رس سفت	8/4	6/8

روش دیگر برای محاسبه مقدار K_s​، استفاده از نتایج آزمایش SPT است. در این روش، با استفاده از عدد حاصل از آزمایش SPT یا دانستن میزان تراکم خاک، می‌توان مقدار مدول عکس‌العمل بستر را تخمین زد. برای تخمین مدول عکس‌العمل بستر در خاک‌های دانه‌ای، از جدول زیر استفاده می‌کنیم:

خاک دانه‌ای
میزان تراکم	عدد SPT	مدول عکس‌العمل بستر
شل	کمتر از 10	5/1- 9/0
متوسط	30-10	7/4-9/0
متراکم	بیش از 30	18-9/2

برای تخمین مدول عکس‌العمل بستر در خاک‌های چسبنده در آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)، می توان از جدول زیر استفاده کرد:

خاک چسبیده
میزان تراکم	مقاومت محدود نشده	مدول عکس‌العمل بستر
شل	2-1	7/2
خیلی سفت	4-2	4/5-7/2
سخت	بیش از 4	8/10-4/5

مزایای آزمایش بارگذاری صفحه  (PLT)

مزایای آزمایش (PLT) به شرح زیر است:

• تکرارپذیری بیشتر: این تکنیک، از تکرارپذیری بالاتری نسبت به آزمایش SPT برخوردار است. این امکان به مهندسان اطمینان می‌دهد که نتایج به‌دست‌آمده قابل‌اعتمادتر هستند.
• اندازه‌گیری فشار آب حفره‌ای: در صورت نیاز، آزمایش PLT قابلیت اندازه‌گیری فشار آب حفره‌ای را فراهم کرده و اطلاعات مرتبط با آب در خاک را نیز در اختیار مهندسان قرار می‌دهد.
• خطای کمتر: مقایسه با آزمایش SPT نشان می‌دهد که آزمایش بارگذاری صفحه با خطای کمتری انجام می‌شود. این ویژگی مهم در اعتماد به‌دقت و صحت نتایج حاصل از آزمایش تأثیرگذار است.
• تعیین نوع خاک: نتایج حاصل از آزمایش بارگذاری صفحه به مهندسان امکان می‌دهد تا نوع خاک را با دقت مشخص کرده و اطلاعات مهمی در خصوص ویژگی‌های مکانیکی آن به دست آورند.
• کاربرد در خاک‌های مختلف: در خاک‌های سخت، سنگ نرم و شن‌های درشت که نمونه‌گیری و انجام آزمایش‌هایی مانند SPT، CPT،VST  غیرممکن است، آزمایش PLT به‌عنوان یک ابزار مؤثر و کارآمد به کار می‌آید.
• تنوع در انواع خاک: آزمایش پی ال تی، برای تمام انواع خاک‌ها در سطح یا در تراز پی استفاده قابل‌توجهی دارد. این مزیت آن را به یک ابزار گسترده و چندمنظوره برای مطالعه ویژگی‌های مکانیکی خاک تبدیل کرده است.
• عدم نیاز به نمونه‌گیری عمیق: برخلاف آزمایش SPT که نیاز به نمونه‌گیری خاک از اعماق دارد، آزمایش پی ال تی این امکان را فراهم می‌کند که بدون نیاز به نمونه‌گیری عمیق، ویژگی‌های مکانیکی خاک را مورد بررسی قرار دهند.
• انجام سریع: آزمایش پی ال تی فرایند سریع و آسانی داشته و اطلاعاتی مرتبط با عمق‌های مختلف خاک را به‌صورت پیوسته ارائه می‌دهد. این ویژگی مهندسان را قادر می‌سازد تا به‌سرعت و با دقت به تحلیل لایه‌های خاک بپردازند.

Benefits of Page Load Testing (PLT)

معایب آزمایش بارگذاری صفحه

• محدودیت استفاده از آزمایش PLT در خاک‌های دارای نشست تحکیمی به‌عنوان یک نکته حائز اهمیت باید موردتوجه قرار گیرد.
• در این شیوه، امکان نمونه‌گیری از اعماق خاک وجود ندارد که یکی از محدودیت‌های این تکنیک است. درواقع، عمقی که تحت تأثیر بارگذاری صفحه PLT قرار می‌گیرد، به‌مراتب کمتر از عمق بستر تحت سازه واقعی است. این موضوع ممکن است باعث ایجاد خطا در نتایج آزمایش گردد.
• در اکثر شرایط، ظرفیت سیستم بارگذاری برای رساندن خاک به حد گسیختگی و مشخص کردن ظرفیت باربری کافی نیست. این امر موجب محدودیت انجام آزمایش PLT در عمق‌های زیاد و زیر سطح آب می‌شود. علاوه بر این، هزینه بالای اجرای آزمایش پی ال تی را نیز باید در نظر گرفت.
• عدم امکان رعایت بندهای اجرایی آئین‌نامه در صورت انجام آزمایش در داخل چاه و گالری‌ها، نیز یکی از چالش‌های مرتبط با این روش است. همچنین، به دلیل استفاده از بار مرده و یا ماشین‌آلات سنگین به‌عنوان تأمین‌کننده نیروی عکس‌العمل، نیاز به زمین مسطح برای انجام آزمایش وجود دارد.

روش انجام آزمایش:

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.
آزمايش بارگذاری صفحه (PLT)، عبارت است از قراردادن يك صفحه صلب (اغلب فولادي) روي خاك و اعمال فشار بر آن همراه با اندازه گيري ميزان فرورفتن صفحه در خاك، به ازاي مقدار فشاري كه وارد می شود. در این آزمایش به طور معمول از صفحه هاي گرد به قطرهاي 30 ، 45 و 60 سانتي متر استفاده مي شود. همچنین استفاده از صفحه هاي بزرگ تر (حتي به اندازه پي اصلي) نيز رايج و مرسوم است.
اغلب، هرچه اندازه دانه هاي خاك درشت تر باشد (خاك همگن نباشد)، استفاده از صفحه هاي بزرگ تر بهتر است. البته ترجيح داده مي شود كه قطر صفحه، از 10 برابر اندازه بزرگ ترين دانه خاك بزرگ تر باشد.

در آزمایش بارگذاری صفحه (PLT)، صفحه مي تواند در سطح زمين، در عمق بر روي كف و يا حتی روي ديوارها و سقف قرار گيرد. البته باید توجه داشت ابعاد صفحه آزمايش بارگذاري اغلب نسبت به ابعاد پي اصلي كوچك تر بوده. همچنین عمق نفوذ تنش نیز نسبت به شرايط پي اصلي، کمتر است. درنتیجه باید در صورت وجود لايه بندي يا تفاوت مشخصات ژئوتكنيكي در محدوده تأثير پي، بايد از تعميم نتايج آزمايش براي پي خودداري شود.
بديهي است كه نتيجه هاي به دست آمده از آزمايش در راستاي بار وارده داراي اعتبار است. به ويژه در خاك هاي ناهمگن و ناهمسان، در تعميم نتايج بايد به اين نكته توجه كرد.

یکی از شرکت‌های معتبر و با تجربه در حوزه انواع فعالیت‌های ژئوتکنیکی، گروه مهندسی سانا پی است. این مجموعه تخصصی، در دهه 90 با تکیه‌بر دانش فنی و اجرایی ارتباطی گسترده با دانشگاه‌های معتبر کشور را برقرار نموده و با هدف ارائه خدمات آزمایشگاهی، مدیریت پروژه و طراحی در حوزه صنعت ساختمان مشغول به کار است.

این شرکت از بدو تأسیس به‌روزترین استانداردها و شیوه‌های اجرایی را مبنی بر ارائه خدمات مهندسی، مدیریت پروژه و آزمایشگاهی رعایت نموده و از تجهیزات پیشرفته در ارائه خدمات خود بهره می‌گیرد. همچنین گروه مهندسی سانا پی با ارتباط فعال با دانشگاه‌ها و سایر مجامع علمی و حرفه‌ای به ارتقاء سطح کیفی خدمات خود متعهد است.

ارائه کلیه خدمات مشاوره و اجرا در حوزه آزمایش خاک، پایدارسازی گود، مطالعات تکمیلی، بهسازی خاک و عملیات حفاری و بسیاری از موارد دیگر، ازجمله خدمات تخصصی این مجموعه حرفه‌ای می‌باشند.