اختبارات التحميل

في بعض الأحيان يصعب الحكم علي سلامة المنشأ الخرساني بالحسابات وإجراء الاختبارات علي المواد وحدها  -  سواء اختبارات متلفة أو غير متلفة  -  وفي أحيان آخري قد تقترح الحسابات المبينة علي المعلومات المتوفرة من الاختبارات أن المنشأ لن يصلح للستخدام بعد فترة  ،  اوأن معامل الأمان غير كافي  ،  وفي هذه الحالات قد يكون من المفيد عمل تجارب تحميل علي المنشأ كله أو أجزاء منه للحكم عليه  .

4-2-4-1- متي تجري اختبارات التحميل :

أ‌-       التفاصيل الانشائية وخواص المواد المستخدمة غير متاحة ويصعب تقديرها  .

ب‌-   تأثير قصور التصميم او سوء التنفيذ  - إن وجد -  يلزم للحكم عليه عمل تجربة تحميل  .

ت‌-   تصدع المنشا الخرساني أو تغير استخدامه  ،  بحيث يصبح من الضروري للحكم علي كفاءته في نقل الأحمال مستقبلا تحميله بهذه الأحمال  .

ث‌-   أن يكون التصميم الإنشائي معقدا  ،  ولا توجد خبرة كافية في هذا النوع من المنشأت  

·        وحيث إن تجربة تحميل عضو من منشأ خرساني أو تحميل المنشأ كله هي عملية مكلفة  ،  وتستغرق وقتا وجهدا ليس بالقليل ويصعب تكرارها  ،  فلابد من استخدامها كملجأ أخير بعد استنفاذ كل الطرق الآخري للحكم علي سلامة المنشأ وتقدير صلاحيته للاستخدام  ،  كما يجب اجراء الحسابات الخاصة بتجربة التحمل بدقة قبل اجرائها للاستفادة القصوي من القياسات التي ستتم  .

4-2-4-2- أنواع اختبارات التحميل :

أ- التحميل بحمل التشغيل   STATIC SERVICE LOAD TEST           :

والغرض من هذا الاختبار هو قياس أدائية المنشأ    (  Serviceability  )    لوظيفته تحت حمل التشغيل المتوقع  - مثلا قياس الترخيم والشروخ ........الخ -  أوللتأكد من التصرف الإنشائي لجزء من المنشأ أو للمنشا كله  - مثلا طريقة توزيع الأحمال علي كمرات السقف  .

ب- التحميل بحمل زائد      OVERLOAD              :

وفيه يتم تحميل المنشأ أو جزء منه بحمل زائد  - عادة الحمل الميت بالاضافة الي مرة ونصف الحمل الحي -  للتأكد من وجود معامل أمان كاف بالنسبة لحمل التشغيل  ،  وإذا لم يكن هناك تصدع في المنشأ فلن يؤدي هذا الاختبار الي الانهيار  ،   أما اذا كان هناك تصدع ظاهر فيمكن استخدام هذا الاختبار لتقدير حمل التشغيل الآمن  - علي اساس معامل أمان محدد -  وفي هذه الحاله إذا كانت طريقة الانهيار   (   Mode of failure  )    بها ممطولية كافية   (  Ductile  )  فلن يلزم استمرار التحميل حتي الكسر  ،  ولكن يمكن تحديد الحمل الأقصي الذي يستطيع المنشأ  - اوجزء منه -  تحمله علي أساس أقصي تشكل أو أكبر عرض للشروخ مسموح به  ،  ثم بأخذ معامل الأمان المطلوب يمكن تحديد حمل التشغيل الآمن  .

ج- التحميل حتي الكسر       STATIC LOAD TEST CONTINUED TO COLLAPSE:

ويجري هذا الاختبار علي المنشأت المنتجة بكميات كبيرة  mass production   ،  أو أجزاء المنشأت   - مثل الخرسانة سابقة الصب -  أوعلي جزء من مبني للتحقق من طريقة الانهيار   (  Mode of failure  )  وتقدير حمل الانهيار لمنشأت مماثلة يجب أن يأخذ في الاعتبار التغيرات المحتملة في خواص المواد نتيجة طريقة الصناعة أو الإنشاء  ،  ويمكن استخدام الاختبارات غير المتلفة  - انظر قسم 4-2-1 – للمساعدة في تقدير حمل انهيار المنشأت المماثلة  .

·        ويجري هذا الاختبار عن طريق عزل المنشأ المراد اختباره أو جزء منه   ،  وتحميله حتي الكسر في الموقع أو نقله الي المعمل واختباره هناك حسب التكلفة وصعوبات النقل  .

د- التحميل بأحمال ديناميكية            DYNAMIC TESTING          :

قد يصبح من الضروري أحيانا التحقق من التصرف الديناميكي للمنشأ أو تقدير مدي تحمله للكلال (Fatigue)   ،   والتصرف الديناميكي يمكن قياسه علي أساس قياس اتساع ذبذبة الاهتزازات  (  Vibration amplitudes  )  للترددات المختلفة عند التشغيل أو عند التحميل بأحمال ديناميكية خاصة  ،  أما تقدير مدي تحمل الكلال  Fatigue life    للأعضاء المتماثلة المعرضة لأحمال كلال متماثلة كذلك فيتم بإزالة بعض هذه الأعضاء واختبارها في المعمل تحت أحمال الكلال حتي الكسر  ،  وهناك بديل لإزالة الأعضاء واختبارها وذلك عن طريق اختبار عينات لها نفس معامل تركيز الإجهادات (  Stress concentration factor  ) مثل الأعضاء الأصلية  ،  حيث تحسب الإجهادات في العينات عند الإجهادات المعلاه  Stress raiser   في الأعضاء  ،  وعن طريقها يمكن تقدير مدي تحمل الأعضاء للكلال  ،  وعموما فنتائج اختبار التحميل الديناميكي تحتاج الي استشارة أخصائي لتحديد مدي امكانية الاستفادة منها  .

4-2-4-3- الإعداد لاختبار التحميل :

                                    أ‌-        التحليل المبدئي  :

يجب عمل تحليل إنشائي مبدئي للجزء الذي سيجري تحميله  ،  للتأكد من أن تتابع الأحمال وكيفية التحميل تؤدي الي الوصول الي أكبر عزم  ،  وأكبر قوة قص  ،  وأكبر دوران وتشكل  ،  وأكبر تأثير علي اتزان الجزء الذي يجري اختباره  ،  وأكبر تزاوج  Combination  من هذه القوي والعزوم  ،  كما يجب حساب التأثير المتوقع لهذه  الأحمال   - حساب الإجهادات والتشكل -  علي المنشا  .

                                                          ب‌-        الحاجه للاصلاح :

إذا كان المنشأ أو الجزء الذي سيجري اختباره قد تصدع أو في حاجة الي اصلاح  ،  فلابد أن يحدد المهندس الاستشاري إذا ما كان من الممكن اجراء اختبار التحميل في الظروف الموجودة أم أنه لابد من اصلاح المنشأ أولا.

                                              ت‌-      التخطيط للاختبار :

التخطيط يجب أن يأخذ في الاعتبار كل خطوات الاختبار  ،  ويحدد ما ينبغي عمله في حالة حدوث تشكل  ،  أو تشريخ أكبر من المتوقع  ،  أو انهيار جزئي أثناء التحميل  ،  أو أي ظروف أخري تعمل الاحتياطات اللازمة لها .

                                              ث‌-      احتياطات الأمان :

هناك عنصر خطر في كل اختبارات التحميل  وخاصة تحميل المباني القائمة حيث تكون طريقة تصرفها (  Behaviour  )   ومسارات الأحمال بها غير معروفة بدقة  ،  ويجب أن يكون المهندس الاستشاري أو احد المهندسين ذوي الخبرة مسئولا عن عملية الاختبار والإعداد لها ومسئولا عن أمان العاملين بصفة خاصة  ،  حيث يحرص علي البحث عن علامات الانهيار الجزئي وعلي عمل الاحتياطات اللازمة لأمان العاملين الذين يجب أن يكونوا من العمال المدربين وليسوا من العمال العاديين    .

فالمنشأت الحرة الذاتية الثبات   Free – standing   مثل الإطارات المستوية   Frames   غير المربوطة في الاتجاه العرضي  ،  يجب أن تدعم لئلا يحدث لها انهيار في الاتجاه العرضي   Lateral collapse     وذلك  بالحد من الحركة العمودية أثناء الاختبار  ،   ويتم ذلك باستخدام الساندات    (  Chocks  )   أو ألواح الخشب التي تزال تدريجيا مع تقدم التجربة  .

أما عند اختبار الكمرات والبلاطات فتستخدم شدة أسفل السقف أو علي الأقل دعامات رأسية   (  Probs  )    سائبة بعيدة بمسافة صغيرة عن السقف حتي لا تؤثر في نتائج الاختبار ولكنها قوية بدرجة كافية لتحمل صدمة انهيار السقف في حالة حدوث هذا الانهيار  .

وإذا كان السقف المختبر أحد أسقف متكررة فيستحسن تدعيم السقف الواقع أسفله   - والسقف الواقع أسفله بدورين ان لزم الأمر -  لأنه في حالة انهيار السقف الذي يجري اختباره سيكون الحمل الواقع علي دعامات الحمايه ضعف وزن السقف وحمل التجربة  - الوزن يتضاعف نتيجة تأثير الصدمة   Impact  -  مما قد يؤدي الي انهيار السقف الواقع أسفله إذا لم يكن مدعوما  ،  وقد يلزم دعم السقف الذي يقع أسفل ذلك السقف  .

ويجب الأخذ في الاعتبار احتمالات حدوث تلف للأجزاء المجاورة في نفس المبني أو للمباني المجاورة  ،  ويجب دعم الجزء المختبر للتأكد من اتزانه حتي في حالة انهياره  .

                                              ج‌-        إعداد الأعضاء للاختبار :

وتشمل كشف وتجهيز وتنظيف أماكن وضع ساعات القياس أو وسائل قياس الانفعال  ،  كما تشمل عزل أجزاء المنشأ التي سيجري اختبارها  - في بعض الحالات -  عن طريق استخدام المنشار أو ماكينة قطع القلب الخرساني   .

4-2-4-4- القياسات :

يجب أن تقتصر القياسات علي الحد الأدني اللازم لتوفير المعلومات الكافية للاستفادة من تجربة التحميل  ،  أما القياسات التي تعطي نتائج مهمة ولكنها ليست أساسية  ،  فيمكن أن تجذب الانتباه بعيدا عن ملاحظات قد تكون هامة جدا بالنسبة لنتائج الاختبار أو بداية ظهور علامات الانهيار  .

والقياسات المطلوبة عموما هي التشكل  - شاملا الدوران -  والتصدع -  الشروخ -  ورغم أن الأجهزة الالكترونية  - مثل مقياس الانفعال أو الحركة الكهربائي   (  Resistance traice strain gauge  )   ،  (  displacement transducer  )     - تتمتع بميزتين  :  أنها تعطي إمكانية قراءة عدد كبير من القراءات بسرعة  ،  ومن مكان بعيد عن المنطقة التي يجري تحميلها  ،  إلا أنها مكلفة جدا  ،  وخاصة إذا كانت منطقة الاختبار معرضة لظروف جوية قاسية تحتاج الي حماية خاصة لمقاييس الانفعال والحركه  .

       

أما المقاييس الميكانيكيه فرغم أنها أبطأ في استعمالها إلا أنه يمكن الاعتماد عليها أكثر  ،  وخاصة في تجارب التحميل التي تجري في الموقع  ،  ويمكن قياس تشكل حتي  5  سم  بساعات القياس  (  Dial gauges  )   ذات دقة حتي  0.1 mm   ،  أما التشكل الذي يزيد عن ذلك فيقاس بالمسطرة المدرجة أو يقاس من بعد بالثيودوليت إذا احتاج الامر  ،  ويجب قياس التشكل عند نقاط الارتكاز بالاضافه الي قياسه في وسط البحر بالنسبة للأعضاء المعرضة لانحناء وذلك لتلاشي الخطأ الناجم عن تقلص الأعمدة تحت الحمل أو حركة الركائز السفلي  .

وعند الحاجة الي قياس الدوران فيتم ذلك عن طريق الكلينومتر   (  Clinometer  )   ،  وفي حالة القيم الكبيرة للحركة فيمكن استخدام إبر مثبتة في المنشأ  ،  وتتحرك علي مقياس مدرج مثبت بطريقة منفصلة عن المنشأ  .

أما ملاحظة الشروخ فتسهل عند دهان الأعضاء بدهان أبيض  - الجير مثلا -  بعد الفحص الأولي وقبل بدء التجربة  ،  وتقاس عروض الشروخ الجديدة بالعدسة المكبرة  - انظر شكل ( 3-28 ) -  ولكن استخدامها يجب أن يكون محدودا وذلك لاعتبارات الأمان  ،  وعند قراءة زيادة عرض الشرخ مع تقدم التحميل فلابد من تحديد مكان القياس بدقة حتي يكون مكان القياس واحدا في كل مرة  .

ويمكن استخدام أجهزة القياس الميكانيكية   Demec gauges     لقياس الانفعالات وعروض الشروخ أيضا  -انظر شكل ( 3-29 ) -  وذلك رغم أن طول القياس الخاص بها عادة لا يكون صغيرا بدرجة كافية لقياس الانفعالات في المناطق التي يحدث بها تغير كثير في الانفعالات  - يمكن استخدام أجهزة قياس الانفعال الكهربائية في هذه الحالة -  وفي حالة الإجهادات ثنائية المحاور   (  Biaxial stresses  )     حيث تكون اتجاهات الإجهادات الرئيسيه   (  Prinicpal stresses  )     غير معلومة فيمكن استخدام الروسيتات (  Rosiettes strain gauge  )    لقياس الانفعالات علي المحورين 

.

·         ويمكن الكشف عن حدوث خضوع في حالة اختبار المنشأت المعدنية عن طريق دهان سطحها بطلاء قصف  (  Brittle lacquer  )    .

4-2-4-5- الأحمال :

·        يمكن أن تكون الأحمال عبارة عن أوزان مواد توضع علي الجزء المراد اختباره  - أحمالا استاتيكية -  أويمكن أن يتم التحميل ميكانيكيا  .

           

في حالة الأحمال الاستاتيكية يمكن استخدام الرمل أو الطوب أو شكاير الأسمنت في التحميل  ،  ويمكن أن يتم التحميل عن طريق العمال العاديين أوباستخدام الأوناش البرجية  ،  وفي حالة استخدام الرمل يكون التحميل عن طريق حقائب الرمل معلومة الوزن أو إذا أريد التحميل بدون عمالة يمكن عمل جوانب خشبية والتحميل بالرمل داخلها عن طريق الونش البرجي  ،  ولكن يتم تسوية سطح الرمل بواسطة أحد العمال  ،  وفي حالة التحميل بالطوب أو بلوكات الأسمنت يجب أن توضع بطريقة مناسبة لتفادي حدوث ظاهرة العقد  Arch action     .

·        وفي جميع الأحوال يجب أن يكون هناك ميزان في مكان التجربة للتأكد من قيمة الأحمال التي ستوضع علي الجزء الذي سيجري اختباره  .

·        وعيب التحميل بالأحمال الاستاتيكية هو بطء عملية التحميل  ،  ولكن يميزها أن الأحمال متوفرة في الموقع  ،  أما إذا كان الاختبار حتي الانهيار فإن استخدام الأحمال الاستاتيكية يتطلب اجراءات الأمان السابق ذكرها  ،  بالاضافة الي الأخذ في الاعتبار أنه في حالة حدوث ميل ولوقليل فإن أكوام الطوب يمكن ان تقع وخاصة عند الحواف  ،  ويصبح استخدام الأحمال الاستاتيكيه في هذه الحالة أخطر من التحميل الميكانيكي  .

·        والتحميل الميكانيكي يشمل استخدام الروافع الهيدروليكية أو الميكانيكية   Hydraulic or screw jacks   والأوناش والكابلات المشدودة بالروافع وغيره  ،  ويمكن قياس الحمل في هذه الحالة عن طريق أجهزة قياس الضغط   Pressure gauges     عند استخدام الروافع ولكن يفضل استخدام خلية التحميل  Load cell    أوحلقة التحميل  Proving ring      عند مكان التأثير بالحمل علي المنشأ   ،  ويجب أن تكون الأحمال محورية ما أمكن لتكون نتائج قراءة الحمل دقيقة ولتفادي عطل أجهزة التحميل  .

·        وعادة ما تؤدي وسائل التحميل الميكانيكية الي حدوث منع للحركة عند نقطة التحميل  ،  وللحد من تأثير ذلك يمكن استخدام الكرة أو الأسطوانة  Bell seatings or Roures      كركائز للتحميل  ،  ويمكن تمثيل الحمل الموزع باستخدام عدد كاف من الأحمال المركزة أو باستخدام رافعة واحدة مع استخدام كمرات توزيع الحمل حتي يصل الي الجزء المراد اختباره علي صورة أحمال متعددة  ،  ويمكن ربط الروافع بحيث تحافظ علي اتزانها عند حدوث انهيار جزئي  .

4-2-4-6- طريقة إجراء الاختبار :

ينص الكود المصري الجديد علي طريقة إجراء اختبار التحميل بحمل زائد علي النحو التالي :

v    لا يجوز عمل اختبارات تحميل قبل انتهاء ستة أسابيع من ابتداء تصلد الخرسانة  .

v    يتم أخذ القراءات الأساسية لسهم الانحناء  - التشكل -  قبل اجراء الاختبار مباشرة  .

v    تعرض أجزاء المنشأ المراد اختباره لحمل مقداره مرة ونصف الحمل الحي المنصوص عليه في التصميم  ،  بالاضافة الي حمل مكافىء لجميع الأحمال الميتة في صورتها النهائية  - من أرضيات وقواطيع .........الخ   .

v    يوضع الحمل علي أربعة مراحل متساوية تقريبا  ،  مع عدم حدوث أي صدمات أثناء التحميل  .

v    ويتم أخذ قراءة سهم الانحناء وعروض الشروخ بعد  24 ساعة من رفع حمل الاختبار  .

ويضيف مرجع  بعض الملاحظات الهامة منها  :

v    قبل بداية التحميل يستحسن عمل استكشاف وأخذ صور لترتبيات التحميل       

( Testing arrangement  )    ،   كما يستحسن تسجيل قراءات سهم الانحناء وظهور الشروخ وأي قياسات أخري مطلوبة عند كل مرحلة من مراحل التحميل  ،  كما يجب رسم العلاقة بين الحمل و التشكل عند النقاط الهامة أثناء سير التجربة للتوصل الي تقدير سليم عن تصرف المنشأ وهل ما زال يتصرف بطريقة مرنة أم لا  ،  وكذلك التوصل الي تقدير عن متي يبدأ الانهيار  .

v    بعد كل مرحلة من مراحل التحميل تسجل قراءات سهم الانحناء علي فترات زمنية متساوية حتي تثبت قراءة الساعات  ،  وتعتبر القراءة ثابتة إذا كان الفرق بين قراءة الساعات في مدي ساعتين لايزيد عن 10 % من القراءة الأصلية  ،  ولا يتم اضافة حمل المرحلة التالية قبل ثبات قراءة الساعات للمرحلة اللاحقة  .

v     عند ظهور أي بادرة تصرف غير خطي   (  Non – Linear  )    يتم رفع الحمل وأخذ قراءات استعادة المنشأ لشكله الأصلي   (  Recovery  )      .

4-2-4-7- الحكم علي نتائج التجربة :

إذا كانت شروط الأمان هي فقط التي تحدد قبول أورفض المنشأ  ،  فإن المنشأ يعتبر قد استوفي شروط الأمان طبقا للكود المصري الجديد إذا تحقق ما يلي :

                                              أ‌-          إذا كانت أكبر قيمة لسهم الانحناء       (  S max  ) في العنصر المختبر أقل أو تساوي :

S max    =< L2t / 2.5t    

حيث   Lt     =    بحر العنصر المختبر مقاسا بالمتر  ،  ويكون هو البحر الأصغر في حالة البلاطات اللاكمرية أو البلاطات ذات الاتجاهين   ،  أما في حالة الكوابيل فتؤخذ ضعف المسافة من وجه الركيزة حتي نهاية الكابولي  .

t                  =    سمك العنصر مقاسا بالسنتيمتر.

                                            ب‌-        في حالة إذا ما زاد سهم الانحناء الأقصي       S max  للعنصر عما هو وارد بالعلاقة السابقة  ،   فيجب أن يكون الجزء المسترجع من سهم الانحناء الأقصي بعد  24  ساعة من رفع الحمل لا يقل عن   75 % من قيمة سهم الانحناء الأقصي  ،  وأن يكون عرض الشروخ في حدود المسموح به  .

§         وفي خلال  24 ساعة من رفع الحمل إذا لم يختف  75 % علي الأقل من سهم الانحناء الأقصي يجب إعادة الاختبار بنفس الطريقة السابقة  .

ويعتبر اختبار جزء المنشأ غير مقبول إذا لم يختف علي الأقل  75 % من سهم الانحناء الذي ظهر أثناء الاختبار الثاني أو أن تكون عروض الشروخ أكبر من المسموح به  ،  أو يحدث تساقط للخرسانة السطحية أو أي علامات تصدع آخري  .

أما إذا كانت أدائية المنشأ   (  Serviceability  )     تدخل ايضا في الحكم علي قبول أو رفض المنشأ  ،  فإن المنشأ يعتبر مقبولا من حيث أدائه لوظيفته إذا لم يزد سهم الانحناء  - عند التحميل بالحمل الحي بالاضافة الي الحمل الميت كله -  عن القيم المسموح بها في التصميم ولم تظهر شروخ تؤثر في تحمل الخرسانة مع الزمن  (  Durability  )      .

.وفي حالة عدم نجاح جزء المنشأ في تجربة التحميل نتيجة قيم عالية لسهم الانحناء مع عدم استرجاع  75 % منها بعد رفع التحميل أو نتيجة ظهور شروخ واسعة او علامات تصدع آخري او وجود خطأ في طريقة الانشاء  ،  وجب علي الاستشاري اتباع الحلول التالية  :

v    وضع ركائز إضافية إن امكن  .

v    عمل التخفيض الممكن في الاحمال الحية وتحسين توزيع الأحمال  ،  وتعديل ترتيب الأحمال المركزة  .

v    عمل التخفيض الممكن في الأحمال الميتة  .

v    عمل التخفيض الممكن للتأثير الديناميكي إن وجد  .

ويعتبر المنشأ غير صالح للاستعمال للغرض الذي صمم من أجله إذا كانت جميع هذه الإجراءات لا تزال غير كافية  .

أما العناصر غير المعرضة لعزوم انحناء بصفة أساسية  ،  فيتم تقييم أمانها عن طريق التحليل الإنشائي للأحمال الواقعة عليها    ،  ولا يجوز إجراء اختبار تحميل لها  .

التصنيف : هندسي