آزمایش بارگذاری بتن و نظارت بر آن

بتن ممکن است در طول دوره بهره برداری، بنا بر شرایط محیطی آسیب ببیند. به همین دلیل گاهی نیاز به انجام عملیات ترمیم، تعمیر و مقاوم سازی عضو آسیب دیده می‌شود. در چنین شرایطی، لازم است تا حداکثر مقاومتی که عضو بتنی می‌تواند در برابر نیروهای وارده تحمل کند ارزیابی گردد. بنابراین برای ارزیابی عضو بتنی می‌توان از آزمایش بارگذاری بتن نیز استفاده نمود. از این آزمایش می‌توان بصورت درجا در محیط پروژه  استفاده نمود. در ادامه این مقاله به بررسی آزمایش بارگذاری می‌پردازیم.

نحوه اعمال بار در آزمایش بارگذاری بتن

اعمال بار در این آزمایش، می‌تواند به دو صورت بارهای متمرکز و یکنواخت نیز انجام گردد. برای اعمال بارهای متمرکز می‌توان از جک‌های هیدرولیکی و همچنین برای اعمال بارهای یکنواخت می‌توان از بارهای مرده ای چون کیسه‌های شن، بشگه‌های آب و… استفاده نمود. اعمال بارهای یکنواخت نسبت به اعمال بارهای متمرکز از هزینه و سختی کار بیشتری برخوردار است. زیرا در اعمال بار به صورت یکنواخت باید یکبار کیسه‌ها یا بشگه‌ها  روی سطح قرار بگیرد و کم کم افزایش یابد. و در نهایت بعد از انجام آزمایش باید از روی سطح برداشته شوند. اما در اعمال بار بصورت متمرکز، افزایش یا کاهش بار توسط جک‌های هیدرولیکی انجام می‌شود. عضو ممکن است در آزمایشی که با اعمال بار یکنواخت انجام می‌گیرد آسیب ببیند. اما جک‌های هیدرولیکی، بصورت اتوماتیک در هنگامی که بار ممکن است موجب خرابی عضو شود، آن را کاهش می‌دهد. درجک‌های هیدرولیکی، می‌توان میزان بار را توسط پمپ های دستی و الکتریکی کنترل کرد. بعد از به حداکثر رسیدن بار، باید بنا بر آزمایش مورد نیاز از مدت 2 دقیقه تا 24 ساعت بار بصورت ثابت باقی بماند. درواقع کل باری که در مدت کوتاهی روی سطح قرار بگیرد نسبت به باری که در طولانی مدت روی سطح باشد، کمتر می‌تواند تغییرات عضو در زمان را نشان دهد.

شرح آزمایش بارگذاری بتن

این آزمایش به دو روش زیر انجام می‌گیرد:

1. با استفاده از اعمال بار یکنواخت:

ابتدا باید روی عضو مورد نظر ارزیابی مقدماتی نیز انجام گردد. در واقع در این ارزیابی در صورت امکان می‌توان مشخصات مواد، سطح خرابی، زمان بارگیری و… را ارزیابی نمود. در این آزمایش از اعمال بار بصورت یکنواخت استفاده می‌شود که این نوع از بارگزاری شباهت بسیار زیادی به بارگزاری اولیه در طراحی عضو دارد. در نتیجه رفتار عضو در آزمایش همانند رفتار واقعی عضو قبل از آسیب دیدن است. بنابراین از نتایج اولیه بدست آمده می‌توان از آن‌ها به عنوان راهنمای آزمایش استفاده نمود. پس از شروع آزمایش بار باید به طور مساوی در چهار مرحله به سطح مورد نظر اعمال گردد و در هر مرحله مقدار بار قرائت شود. بار باید به مدت 24 ساعت روی سطح باقی بماند. و بار نهایی نیز قرائت شود. سپس باید انحراف های برداشت شده از آزمایش با حدود مجاز استانداردها و آیین نامه ها چک شود.

 مزایا : نیاز به ارزیابی مقدماتی پیچیده‌ای ندارد.

معایب : ممکن است وقت گیر باشد و برای ساکنان مزاحمت ایجاد کند. همچنین به علت اینکه بارها باید بصورت دستی به سازه اعمال شود و برداشته شود، هزینه ‌آزمایش زیاد است.

2. با استفاده از اعمال بار چرخه‌ای:

در مرحله اول این آزمایش، سازه باید از لحاظ ساختاری تجزیه و تحلیل شود، همچنین شدت بار مورد نیاز آزمایش و تقسیم بندی آن‌ها در سطح باید تعیین شود. به طور کلی نمی‌توان بصورت دستی این مقادیر را محاسبه نمود. زیرا از ساختار پیچیده ای برخوردار هستند. بارهای اعمال شده در این آزمایش توسط  جک‌های هیدرولیکی کنترل می‌شود. اعمال بار در این آزمایش به صورت گام به گام افزایش می‌یابد و حداقل در 5 یا 6 مرحله انجام می‌شود. در کل این آزمایش تقریبا در 2 ساعت به اتمام می‌‌رسد. هر چرخه بارگزاری تقریبا 20 دقیقه زمان لازم دارد. نتایج بدست آمده از این آزمایش یه صورت خطی بوده و قابلیت تکرار بارها و ثابت ماندن انحراف‌ها در این آزمایش سبب می‌شود تا ویژگی‌ها و رفتارسازه در هر مرحله مورد بررسی قرار بگیرد. در واقع نتایج بدست آمده از این آزمایش در نهایت باعث ایجاد نموداری به نام هیسترزیس می‌شود.

چرخه A : در این مرحله باید بار در 5 مرحله به عضو وارد و در 5 مرحله از عضو برداشته شود. در واقع میزان بار وارد شده در هر مرحله نباید بیش از 10% از بار کل مد نظر آزمایش باشد. اعمال بار را باید تا جایی ادامه داد که به سطح بار خدمت عضو برسیم . اما اجازه نداریم بیش از 50 درصد از کل بار مورد نظر را اعمال کنیم. همچنین برای برداشتن بار باید در هر مرحله 10% بار را برداریم. هر مرحله از بارگزاری و یا برداشتن بار 2 دقیقه زمان می‌برد. در کل آزمایش در 20 دقیقه به پایان می‌رسد.

چرخه B : فرآیند چرخه A باری دیگر تکرار می‌شود. در واقع این چرخه به کاربر اجازه می‌دهد تا نتایج و انحراف‌ها را بعد از تکرار فرآیند بارگزاری بررسی کند. برای مثال می‌توان در این چرخه تاثیر سختی بر ترک خوردگی الاستیک را بررسی نمود.

چرخه C-D : مقدار بار در هردو مرحله C و D یکسان است. دراقع مقدار بار اعمال شده در مرحله اول 30% کل بار مدنظر است. در مرحله دوم 50% کل بار مد نظر است. و در مرحله سوم، چهارم و پنجم باید هرکدام 10% کل بار مدنظر است.

چرخه E-F : مقدار بار در هر دو مرحله E و F یکسان است. درواقع مقدار بار اعمال شده در مرحله اول 60% کل بار مورد نظر آزمایش، مرحله دوم 80% کل بار مورد نظر آزمایش و همچنین بقیه بار باید بین 3 مرحله بعدی تقسیم شود. در واقع در چرخهE-F، باید کل بار مورد نظر آزمایش به عضو اعمال شود.

– در نهایت باید عدد‌ها و میزان انحرافات قرائت شده مورد بررسی قرار بگیرند و با حد مجاز استانداردهای بین المللی سنجیده شوند.

مزایا : در این آزمایش می‌توان رفتار سازه را در هر لحظه چک کرد.

معایب : این آزمایش از محاسبات پیچیده‌ای برخوردار است و نمی‌توان آن‌ها را بصورت دستی محاسبه نمود.