آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع (PDA)

محققان و فعالان عرصه ژئوتکنیک همواره این دغدغه را داشته‌اند که به نوعی از روش پرهزینه، پردردسر و زمان‌بر بارگذاری استاتیکی اجتناب نموده و جایگزینی دقیق، ارزان و سریع برای آن بیابند. از ابتدای تاریخ شمع‌کوبی این ایده وجود داشته که بتوان بر مبنای رفتار شمع در حین کوبش، باربری استاتیکی آن را تعیین نمود، اما تا قبل از دهه 50 میلادی تئوری‌پردازی علمی در خصوص آن صورت نگرفته بود.

در دهه 1950، بر مبنای نظریات انتشار موج طولی در شمع، راه حلی عددی برای مدل‌سازی رفتار چکش، شمع و خاک ارائه گردید که از آن زمان به‌عنوان تحلیل معادله موج شمع‌ها (Wave Equation Analysis of Pile – WEAP) یاد می‌گردد. در پی تحقیقات بیشتر، این روش تحلیلی مبنای پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای در ابداع روش‌های نوین طراحی و آزمایش شمع‌ها شد. جهش ایجاد شده در سخت افزار و نرم افزار‌های کامپیوتری در دهه 1970 زمینه بکارگیری گسترده روش‌های عددی و از جمله تحلیل معادله موج در پروژه‌های شمع‌کوبی و شمع‌ریزی را فراهم نمود. در سال 1964 پروژه‌ای تحقیقاتی در دانشگاه کیس آمریکا زیر نظر پروفسور گوبل آغاز گردید که هدف از آن ابداع سیستم‌های الکترونیکی و نرم‌‍افزاری در راستای کاربردی نمودن نظریه انتشار موج طولی در شمع بود.

هدف اولیه این پروژه، محاسبه ظرفیت باربری شمع با استفاده از چکش شمع‌کوبی به عنوان ابزار بارگذاری بوده است. این تحقیقات نهایتاً منجر به اختراع تحلیلگر دینامیکی شمع یا PDA گردید. به آزمایش انجام‌شده توسط PDA، آزمایش دینامیکی کرنش بالا (High Strain Dynamic Pile Testing) نیز گفته می‌شود.
 

روش آزمايش بر اساس استاندارد ASTM-D4945 و دستورالعمل سازنده معتبر PDI بصورت زير می باشد:

(الف) در هر آزمایش باید حداقل دو سری سنسور در فاصله مناسبی از سر شمع و در مقابل یکدیگر به بدنه متصل شوند. اتصال از طریق بولت‌های مخصوص تأمین می‌گردد. در آزمایش شمع‌های با قطر بیش از 80 سانتیمتر یا شمع های فولادی اسپیرال و یا شمع‌های بتنی درجاریز استفاده از چهار سری سنسور که بطور منظم در محیط و بصورت دو به دو در روبروی یکدیگر نصب شده باشند، توصیه می‌گردد. نصب و کنترل عملکرد سنسورها باید مطابق با دستورالعمل سازنده دستگاه صورت پذیرد.

(ب) پس ازاتصال سنسورها به تحليلگر، باید شمع توسط ابزار کوبش مناسب، با انرژي كافي كوبيده شود. انرژی مورد نیاز کوبش برای شمع‌های پیش‌ساخته با استفاده از یک چکش شمع‌کوب مناسب، که می‌تواند همان چکش مورد استفاده در کوبش باشد، صورت می‌گیرد. در مواردی که پدیده سازمان‌یابی خاک (Setup) رخ دهد، احتمالاً می‌بایست از چکش بزرگتری برای فعال نمودن کامل ظرفیت باربری شمع استفاده گردد. برای آزمایش شمع‌های درجاریز از یک چکش سقوط آزاد استفاده می گردد که باید وزنی معادل حداقل 1/5% ظرفیت باربری مورد نظر داشته باشد. به منظور فعال‌سازی کامل مقاومت جداری و انتهایی شمع می‌بایست نفوذ به ازاء هر ضربه متناسب با سایز شمع‌ها حدود 2 تا 5 میلیمتر باشد. در صورتی‌که نفوذ شمع به ازای هر ضربه از این مقدار کمتر باشد، مقدار بدست‌آمده از آزمایش، میزان مقاومت فعال‌شده خاک بوده و از باربری نهایی کوچکتر است.

(ج) پس از جمع‌آوری داده‌های نیرو و سرعت در سایت، تحلیل دقیق آزمایش دینامیکی توسط نرم افزار CAPWAP صورت می‌پذیرد. به منظور تکمیل داده‌های مورد نیاز نرم افزار مذکور، نشست بازاء هر ضربه بايد بصورت فیزیکی در هنگام انجام آزمایش اندازه‌گیری شود.

براي تمام شمع‌هاي مورد آزمايش بايد نتايج آزمايش ديناميكي تحليل شوند. تحليل‌ها شامل تحليل ديناميكي كامل با استفاده از پارامترهاي اندازه‌گيري شده در آزمايش بوسيله نرم‌افزار انطباق سیگنال CAPWAP و شامل نتایج زیر می‌باشد: