شيت تحليل وتفسير اختبار تحميل الخوازيق ومنحنى الهبوط Davisson إكسيل

fx

المعادلات الهندسية ومنطق الحساب المضمن في الشيت

الدوال والمعادلات المبرمجة داخل هذا النموذج (جاهزة للنسخ بنقرة واحدة):

معيار دافيسون لهبوط الانهيار الحرج (Davisson Failure Criterion)

S_{Davisson} = \frac{P \cdot L}{A \cdot E_c} + \left( 4.0 + \frac{D}{120} \right) \quad \text{[mm]}

المعادلة الكودية المعتمدة في كود SBC 303 و ASTM D1143 لتحديد خط الانهيار النظري للخازوق، حيث P حمل الاختبار (N)، L طول الخازوق (مم)، A مساحة المقطع (مم2)، Ec معاير المرونة (MPa)، D قطر الخازوق (مم).

الانضغاط المرن المحوري لجسم الخازوق (Pile Shaft Elastic Shortening)

\Delta L_{elastic} = \frac{P \cdot L_{effective}}{A \cdot E_c}

الهبوط المرن الناتج عن انضغاط مادة الخازوق الخرسانية ذاتها تحت تأثير الإجهاد المحوري، حيث Leffective الطول الفعال لنقل الحمل (عادة بين 0.67 L إلى 1.0 L حسب نوع التربة).

الهبوط المتبقي الصافي الدائم (Net Residual Settlement)

S_{net} = S_{gross\,max} - S_{rebound} \le 6.0 \text{ mm}

حاصل طرح الارتداد المرن المسترجع بعد تفريغ الحمل بالكامل من أقصى هبوط كلي مقاس عند 200% من الحمل، ويمثل التشوه اللدن الدائم في التربة المحيطة.

معامل الأمان الجيوتقني المحقق (Geotechnical Factor of Safety)

FOS = \frac{Q_{ult}}{Q_{design\,working}} \ge 2.00

النسبة بين الحمل الأقصى الذي يتحمله الخازوق دون تجاوز حد دافيسون وحمل التشغيل التصميمي المعتمد في المخططات الإنشائية.

معاينة تخطيط الطباعة الكامل لورقة العمل (.XLSX)

مقاس الطباعة القياسي A4

معاينة شيت تحليل وتفسير اختبار تحميل الخوازيق ومنحنى الهبوط Davisson إكسيل - أعمال الخرسانات والتسليح بصيغة XLSX جاهز للتحميل والتعديل — File: شيت_تحليل_وتفسير_اختبار_تحميل_الخوازيق_ومعايير_الهبوط_Davisson.xlsx تحميل الملف الكامل (.XLSX) ←

ما هو شيت تحليل وتفسير اختبار تحميل الخوازيق ومنحنى الهبوط Davisson؟

شيت تحليل وتفسير اختبار تحميل الخوازيق ومنحنى الهبوط (Static Axial Pile Load Test Analysis & Settlement Interpretation Schedule) هو أداة هندسية جيوتقنية متخصصة لمهندسي الأساسات، والمكتب الفني، واستشاريي التربة، مخصصة لتسجيل وتحليل وتفسير بيانات اختبار التحميل الاستاتيكي المحوري للخوازيق الخرسانية وفق المواصفة القياسية العالمية ASTM D1143 / D1143M واشتراطات كود البناء السعودي SBC 303 والكود المصري ECP 202.

يمثل اختبار التحميل الاستاتيكي للخوازيق (Static Pile Load Test) الاختبار الميداني الحاسم والأعلى موثوقية لإثبات سلامة التصميم الإنشائي والجيوتقني للأساسات العميقة؛ حيث يهدف إلى التحقق من قدرة الخازوق على تحمل الأحمال الرأسية المطبقة عليه مع الحفاظ على معدلات هبوط آمنة ضمن الحدود المسموح بها للمبنى، والتأكد من عدم وصول التربة المحيطة بجذع الخازوق أو أسفل قاعدته إلى مرحلة الانهيار القصي (Shear Failure).

آلية تنفيذ الاختبار ومراحل التحميل (Loading Sequence)

يُنفذ الاختبار عادة باستخدام نظام رد الفعل بالكتل الخرسانية أو الفولاذية (Kentledge System) أو باستخدام خوازيق شد وركائز رد فعل (Reaction Anchor Piles) مع مكبس هيدروليكي معاير (Calibrated Hydraulic Jack) وأربع ساعات قياس هبوط رقمية أو ميكانيكية بدقة 0.01 مم موزعة قطرياً حول رأس الخازوق، وفق المراحل التالية:

التحميل التمهيدي والتصفير (Seating Load): تطبيق حمل مبدئي طفيف (حوالي 1% إلى 2% من حمل التشغيل) لضمان التلامس المحكم ثم تصفير ساعات القياس.
مراحل التحميل المتدرج (Incremental Loading): يُزاد الحمل بنسب متدرجة تعادل 25% من حمل التشغيل التصميمي (DWL) على مراحل: 25%، 50%، 75%، 100%، 125%، 150%، 175%، وصولاً إلى أقصى حمل تجريبي وهو 200% من حمل التشغيل (Proof Load).
فترات التثبيت والاستقرار الزمني (Holding Time): يُثبت كل حمل مرحلي لمدة ساعة على الأقل ولا يُنتقل للمرحلة التالية إلا بعد استقرار معدل الهبوط بحيث يقل عن 0.25 مم/ساعة، بينما يُثبت أقصى حمل تجريبي (200%) لمدة 24 ساعة كاملة لمراقبة ظاهرة الزحف (Creep).
مراحل التفريغ (Unloading Cycle): يتم تخفيف الحمل تدريجياً (150%، 100%، 50%، 0%) بمعدل ساعة لكل مرحلة، لتسجيل الارتداد المرن (Elastic Rebound) وتحديد الهبوط المتبقي الدائم (Net Residual Settlement).

معيار دافيسون للانهيار الحرج (Davisson Failure Criterion)

يعد معيار البروفيسور دافيسون (M.T. Davisson - 1972) المعيار الهندسي الأكثر اعتماداً في كود البناء الأمريكي والسعودي (SBC 303) لتحديد الحمل الأقصى المسموح به للخازوق دون حدوث انهيار، ويُعرّف هبوط الانهيار الحرج بأنه مجموع الانضغاط المرن لجسم الخازوق مضافاً إليه إزاحة معيارية تعتمد على قطر الخازوق:

$$S_f = \frac{P \cdot L}{A \cdot E_c} + \left( 4.0 + \frac{D}{120} \right)$$

حيث:

$\frac{P \cdot L}{A \cdot E_c}$: الانضغاط المرن لمحور الخازوق الخرساني (Elastic Shortening of the Pile Shaft).
$4.0$: حد إزاحة ثابت قدره 4.0 مم يمثل الهبوط اللازم لتعبئة قوى الاحتكاك الجانبي (Skin Friction).
$\frac{D}{120}$: إزاحة إضافية تعتمد على القطر الاسمي $D$ بالمليمتر لتمثيل تعبئة مقاومة ارتكاز القاعدة (End Bearing).

اشتراطات القبول والنجاح الكودية (Acceptance Criteria)

يُعتبر الخازوق ناجحاً ومطابقاً للاشتراطات الهندسية إذا حقق الشروط الأربعة التالية مجتمعة:

الهبوط الكلي عند حمل التشغيل 100%: يجب ألا يتجاوز الهبوط المقاس قيمة 10.0 مم (أو 12.0 مم كحد أقصى للأقطار الكبيرة).
الهبوط الكلي عند أقصى حمل 200%: يجب أن يقع الهبوط الكلي المقاس أسفل خط دافيسون الحرج، وألا يتجاوز حد دافيسون المحسوب (مثلاً 18.42 مم لخازوق قطر 800 مم وطول 18.5 م).
الهبوط المتبقي الدائم (Net Settlement): بعد تفريغ الحمل بالكامل، يجب ألا يزيد الهبوط الدائم غير المسترجع عن 6.0 مم (أو $D / 100$ أيهما أقل).
معامل الأمان الفعلي (Factor of Safety - FOS): يجب أن تكون النسبة بين حمل الانهيار وحمل التشغيل $FOS \ge 2.0$ للخوازيق المفحوصة موقعياً.

طريقة الاستخدام وخطوات التطبيق العملي

1

معاينة الشيت وتجربة الأرقام أولاً:

استخدم جدول المعاينة التفاعلية الحية أعلاه (أو وضع ملء الشاشة 100%) لتجربة إدخال أرقام مشروعك واختبار المعادلات مباشرة.

2

تحميل الشيت وفتحه على جهازك:

قم بتنزيل الملف عبر زر التحميل المباشر وفتحه بواسطة Microsoft Excel أو Google Sheets.

3

إدخال البيانات الأساسية للمشروع:

قم بتعديل اسم المشروع، التاريخ، وفئات الأسعار في الخلايا المخصصة للإدخال؛ بينما تُحسب كافة الإجماليات تلقائياً.

4

الطباعة المباشرة بمقاس A4:

تم ضبط هوامش الصفحات وحدود الطباعة مسبقاً على مقاس A4، فقط اضغط Ctrl+P للطباعة أو التصدير بصيغة PDF.

الأسئلة الشائعة حول النموذج

ما الفرق بين الخازوق التجريبي المسبق (Preliminary Pile) والخازوق التجريبي العامل (Working Pile)؟

الخازوق المسبق ينفذ قبل بدء أعمال الأساسات بهدف تحديد قدرة التحمل الحقيقية للتربة وضبط أطوال الخوازيق التصميمية، ويحمل عادة حتى الانهيار أو حتى 250% - 300% من الحمل ولا يربط بهيكل المبنى؛ أما الخازوق العامل فينفذ ضمن خوازيق المبنى الفعلية ويحمل حتى 150% أو 200% فقط من حمل التشغيل، ويجب ألا يتضرر إنشائياً ليعمل لاحقاً كعنصر حامل في المشروع.

كيف يتم تفسير نتائج معيار دافيسون (Davisson Line) على المخطط البياني؟

يرسم خط الانضغاط المرن (PL/AE) بدءاً من نقطة الصفر، ثم يرسم خط موازٍ له يبعد عنه مسافة أفقية مقدارها (4.0 + D/120 مم). يُسقط منحنى الحمل مقابل الهبوط الفعلي؛ وإذا تقاطع المنحنى مع خط دافيسون، فإن نقطة التقاطع تمثل الحمل الأقصى الحرج (Ultimate Load). وإذا انتهى الاختبار عند 200% دون أن يقطع الخط، فهذا دليل قاطع على أن الخازوق آمن تماماً ولم يصل لمرحلة الانهيار.

ما هي النسبة المعتمدة لعدد خوازيق الاختبار في المشاريع الهندسية؟

وفق كود البناء السعودي SBC 303 والكود الأمريكي IBC، يُشترط إجراء اختبار تحميل استاتيكي واحد على الأقل لكل 100 خازوق عامل (بنسبة 1%) في الموقع الواحد، وبحد أدنى خازوقين للمشاريع التي تزيد فيها الخوازيق عن 50 خازوقاً، أو خازوق واحد للمشاريع الصغيرة، مع إمكانية استبدال بعضها باختبارات التحميل الديناميكي عالي الانفعال (PDA).

متى يُسمح ببدء إجراء اختبار التحميل بعد صب الخازوق الخرساني؟

يجب ألا يقل الوقت الفاصل بين صب الخازوق وإجراء اختبار التحميل عن 28 يوماً للخرسانة العادية حتى تكتسب مقاومتها التصميمية f'c، أو 14 إلى 21 يوماً عند استخدام إسمنت سريع التصلد واختبار مكعبات يثبت وصول الخرسانة إلى 100% من رتبتها المقاومة، مع ضرورة إتاحة وقت كافٍ لاستعادة التربة المحيطة لتماسكها (Soil Setup).

ما هي الحالات التي يعتبر فيها اختبار تحميل الخازوق فاشلاً ومرفوضاً؟

يُرفض الخازوق في الحالات التالية: 1) تجاوز الهبوط الكلي عند 100% حاجز 10 إلى 12 مم، 2) تجاوز الهبوط عند 200% خط دافيسون الحرج، 3) زيادة الهبوط المتبقي الدائم بعد التفريغ عن 6 إلى 8 مم، 4) عدم استقرار معدل الهبوط واستمراره بمعدل يزيد عن 0.25 مم/ساعة خلال فترة التثبيت، مما يشير إلى انزلاق أو انهيار في التربة.