مقاله آزمایش برش مستقیم در مکانیک خاک

مقاله آزمایش برش مستقیم در مکانیک خاک

مقاله کامل در مورد ساختار كار پلها

دانلود چند مقاله در مورد رفع آلودگی خاک

نانو تکنولوژی و کاربرد آن در عمران (قسمت 1)

مقاله آزمایش برش مستقیم در مکانیک خاک

دانلود چند تحقیق در رابطه با کاربرد نانو در مهندسی محیط زیست

مکانیک خاک

دانلود پاورپوینت تحقیق دانشجویی در مورد ماشین آلات

حدود کاربرد دانه بندی خاک در لایه های فیلتری و زهکشی سدها

مقاله : نگاهی کلی به مبحث ژئوتکنیک – مکانیک خاک و زمینه های وابسته (۱)

گرفتن برق از آسفالت

مطالب مشابه :

آزمایش برش مستقیم

مقدمه

همانطور كه قبلاً عنوان گردید. مقاومت برشی خاك غیرچسبنده را می‌توان با رابطه(8-2) به دست آورد. در بخش قبل مقادیر نمونه زوایای اصطكاك مؤثر خاك غیر چسبنده ارایه شد(جدول 1-8) و روش‌های غیر مستقیم تعیین ازآزمون‌های نفوذ استاندارد، نفوذ مخروط ویا بر اساس طبقه بندی و ویژگی‌های شاخص معرفی شوند. در این بخش روش تعیین مقاومت برشی خاكهای چسبنده بر اساس آزمونهای آزمایشگاهی توصیف خواهند شد. مرسوم ترین آزمون آزمایشگاهی توصیف خواهند شد. مرسو ترین آزمون آزمایشگاهی برای تعیین زاویه اصطكاك مؤثر روش برش مستقیم است.

آزمون برش مستقیم كه اولین بار در سال 1776 توسط Coulomb استفاده شد قدیمی ترین آزمایش برش است. این آزمایش همچنین متداول ترین روش برای تعیین مقاومت برشی زهكشی شده (مقاومت برشی بر اساس تنش مؤثر)خاك غیر چسبنده است. در شكل 4-8 نمایی از دستگاه آزمایش برش مستقیم نشان داده شده است. هدف از این آزمایش برش دادن نمونه از وسط آن و در امتداد سطح گسیختگی است.

همانطور كه در شكل 4-8 نشان داده شده است، دستگاه برش مستقیم وسیله ای برای اعمال بار عمودی به سطح فوقانی نمونه دارد. در صفحه متخلخل در بالا وپایین نمونه قرار می گیرند وحركت آب به داخل یا خارج نمونه را مسیری سازنده جعبه برش مستقیم معمولاً دایره ای بوده و دو نیمه با ضخامت یكشان دارد كه داخل یكدیگر كیپ می‌شوند. نیمه پایینی جعبه به دستگاه متصل بوده وثابت است ونیمه بالایی آن در جهت افقی حركت می‏كند. برای اندازه‏گیری تغییر شكلهای عمودی و افقی از گیج های عقربه ای استفاده می‏شود.

اگر چه در شكل نشان داده نشده است، ولی دستگاه برش مستقیم باید دارای امكاناتی برای غوطه‌ور كردن نمونه در آب مقطر باشد. برای جلوگیری از خوردگی، دستگاه باید از فولاد (ضد زنگ) برنز یا آلومینیم ساخته شده باشد.برای تعیین زاویه اصطكاك مؤثر خاك غیر چسبنده معمولاً حداقل به سه نمونه كه با فشارهای عمودی مختلف برش داده می‌شوند نیاز است. ضروری است كه دامنه فشارهای عمودی مورد استفاده در آزمایش تقریباً برابر با دامنه فشارهای موجود در محل پروژه باشد.

2-4-8) روش آزمایش مشابه استاندارد ASTM D3080-98 (2000) تحت عنوان آزمون استاندارد برای آزمایش برش مستقیم خاكها تحت شرایط تحكیم شده و زهكشی شده ای باشد. مراحل به شرح زیر است:

1. نمونه خاك: برای آزمایش برش باید از نمونه دست نخورده استفاده نمود. در مورد پروژه های خاكریزی می‌توان نمونه ها را با داشتن دانسیته و درصد رطوبت طبیعی آنها در آزمایشگاه متراكم نمود.همانطور كه در بخش 2-6 گفته شد ، نمونه دست نخورده را می‌توان با تراشیدن یك بلوك و یا استفاده از نمونه گیر لوله ای به دست آورد. اغلب گرفتن نمونه دست نخورده از خاكهای غیر چسبنده و مشكل است وبه همین دلیل است كه معمولاً از این روش برای تعیین زاویه اصطكاك مؤثرخاك غیر چسبنده استفاده می‏شود نسبت قطر نمونه به ارتفاع آن بایدبرابر یا بزرگتر از5/2 باشد.معمولاً قطر نمونه 2/5 in و ارتفاع آن 1in است. آماده سازی نمونه باید در مدت زمانی انجام شود كه امكان تغییر رطوبت نمونه وجود نداشته باشد.معمولاً نمونه داخل حلقه محصور كننده آماده سازی شده و بنابراین ارتفاع آن برابر با ارتفاع حلقه خواهد بود.

2. ویژگی‌های شاخص: پس از آماده شدن نمونه لازم است كه ویژگی‌های شاخص آن تعیین شود. معمولاً از تراشه های خاك برای تعیین درصد رطوبت آن استفاده می‏شود(بخش 3-3) . برای اندازه‏گیری وزن نمونه و حلقه از ترازو استفاده می‏شود. با كسر وزن حلقه از وزن حلقه و نمونه می‌توان وزن نمونه را به دست آورد. با داشتن وزن و حجم نمونه می‌توان وزن مخصوص آنرا به دست آورد (بخش 4-3). با داشتن درصد رطوبت، وزن مخصوص خشك خاك نیز به دست می‏آید. در نهایت اطلاعات را می‌توان در برگه شكل5-8 خلاصه نمود.

3. وسیله بارگذاری : اگر چه نمونه خاك را می‌توان در دستگاه برش نیز تحت بار قرداد، ولی مرسوم تر است كه بارگذاری ابتدا در یك دستگاه تحكیم صورت گیرد (مثل شكل3-6) . پس از اینكه نمونه 24ساعت تحت بار مورد نظر باقی ماند. آنرا باربرداری و به دستگاه برش منتقل نموده و دوباره تحت همان بار قرار می دهند.دلیل این امر این است كه معمولاً تعداد دستگاه‌های برش نسبت به تحكیم محدودتر است. روش بارگذاری خاك در دستگاه تحكیم به صورت زیر است:

A ) صفحات متخلخل را خشك وتمیز كنیدو در سرو ته نمونه قرار دهید. سپس گیره را داخل محفظه دستگاه قرار داده و در مركز سیستم بارگذاری قرار دهید .(شكل3-6) . بارنشاننده ای معادل تنش به نمونه اعمال شده وعقربه قرائت و یادداشت می‏گردد.پس از 5 دقیقه ، نمونه داخل آب مقطرغوطه‌ورمی‏شود.

B ) افزایش های بارمعمولی عبارتند از 250،500، 1000، 2000 و غیره. هر افزایش بار تا زمان رسیدن به تعادل روی نمونه باقی می ماند. به دلیل نفوذ پذیری زیاد خاكهای غیر چسبنده معمولاً زمانی در حد چند ساعت لازم است. قبل از اعمال بار بعدی مقدار عقربه قرائت شده ودر برگه یادداشت می‏شود. قابل ذكر است كه تراكم پذیری دستگاه قابل صرف نظر كردن است.

	شماره كار: نام پروژه: محل نمونه: تاریخ: a ) شرایط اولیه نمونه خاك قطر نمونه: ارتفاع نمونه : تنش قائم: درصد رطوبت: وزن واحد حجم مرطوب: وزن واحد حجم خشك: b ) داده‌های بارگذاری
تنش قائم (psf)	قرائت عقربه(in)	ارتفاع نمونه(in)	درصد كرنش یا نسبت پركس
125
250
500
1000

c )داده‌های آزمایش برش

d ) پایان آزمایش: درصد رطوبت =

شكل(5-8):نمونه برگه ثبت قرائت های محاسبات در آزمایش برش مستقیم

C ) نمونه در داخل دستگاه تحكیم تا فشار عمودی لازم در آزمایش برش بارگذاری می‏شود. نمونه به مدت 24 ساعت تحت این تنش باقی می ماند.

E ) قرار دادن نمونه داخل جعبه برش مستقیم: پس از پایان مراحل بارگذاری نمونه در دستگاه تحكیم، بار ازای آن برداشته شده و به دستگاه برش مستقیم منتقل می‏شود. شكل6-8 نمونه ای را كه داخل جعبه برش قرار گرفته نشان می‌دهد. فلش پیچ مربوط به محور كردن نیمه های بالایی و پایینی قالب را نشان می‌دهد.

5 – قرار دادن جعبه برش در داخل دستگاه برش : جعبه برش كه حاوی نمونه است به دستگاه برش منتقل می‏شود پس از قراردادن صفحات متخلخل بالایی وپایینی جعبه برش به دستگاه پیچ شده و ثابت می‏شود.فلش 1 در شكل 7-8 یكی از پیچ های مربوط به بسته شدن قالب به دستگاه را نشان می‌دهد.این اتصال باعث می‏شود كه نیمه پایینی قالب در حول برش حركت نكند. اگر چه نیمه پایینی جعبه برش شكل 7-8 قابل جدا شدن است، اما در برخی دستگاه ها این بخش جعبه به طور دائمی روی دستگاه سوار است.

6- اعمال بار عمودی به نمونه: پس از استقرار جعبه برش روی دستگاه بار عمودی مورد نظر به نمونه اعمال می‏شود.نیروی عمودی معمولاً با گذاشتن وزنه روی آویز اعمال می‏شود. فلش2 در شكل7-8آویز و فلش3 گیج عقربه ای اندازه‏گیری تغییر شكل عمودی نمونه را نشان می‌دهد. پس از اعمال بار عمودی، نمونه در آب مقطر غوطه‌ور می‏شود (توجه شود كه نمونه شكل7-8تا به حال در آب مقطر غوطه‌ور نشده است) . نمونه در طول شب برای رسیدن به حالت تعادل به حال خود گذاشته می‏شود.

7- برش دادن نمونه: اگرچه در شكل 7-8 نشان داده شده است، ولی برای اندازه‏گیری جابجایی افقی در طی برشی از یك گیج عقربه ای استفاده می‏شود. فلش 4 در شكل 7-8 به طب تولید كننده نیروی افقی اشاره دارد.قدم اول در برش دادن نمونه قرائت كردن مقدار اولیه عقربه گیج های تغییرشكل افقی وعمودی است. این مقادیر روی برگه 5-8 (بخشc) یادداشت می‌شوند. درست قبل از آغاز برش،باید پین‌های قالب را درآورد. فراموش كردن این كار باعث آسیب شدید دستگاه می‏شود. عرض جعبه‌ها به پیچهایی مجهز هستند كه یك فضای خالی بین قسمت های بالایی وپایینی قالب ایجاد می‏كند. فاصله خالی بین دو نیمه قالب در این جعبه های برش باید حدود 0/025 in باشد.برای اعمال نیروی برشی به نیمه بالایی قالب دو روش وجود دارد:

A ) روش كرنش كنترل شده:در این حالت نیروی برشی به نحوی اعمال می‏شود كه نرخ جابه‌جایی كنترل شود.این امكان با استفاده از یك موتور الكتریكی و جعبه دنده مهیا می‏شود نیروی برشی توسط بار سنج یا حلقه بار نشان داده می‏شود این وسایل باید قادر باشند كه نیروی برشی را با دقت 1 %مقاومت برشی اندازه‏گیری كنند. مرحله برش تا رسیدن به جابه‌جایی معادل 10 تا20درصد قطر اولیه نمونه ادامه می‏یابد. بنابراین برای نمونه ای با قطر2/5 in ،نمونه باید تا جابجایی افقی حداقل 0/25 in ادامه یابد.

B ) روش تنش كنترل شده: در این حالت نیروی برشی به صورت افزایشی اعمال می‏شود.یك كابل به نیمه بالایی جعبه برش متصل شده است. این كابل از طریق یك چرخ به آویز متصل شده است و بار به این آویز وارد می‏شود. با اضافه كردن وزنه به آویز نیروی برشی افزایش می‏یابد.با افزایش یافتن تغییر شكل افقی نمونه،باید وزنه‌های سبك تری به آویز اضافه نمود. وقتی كه به مقاومت برشی نمونه رسیدید،نمونه سریعاً به نیم تقسیم می‏شود.

در میان دو روش بالا روش كرنش كنترل شده متداول تر است. در طول برش نمونه خاك،داده‌های در قسمت c شكل 5-8 ثبت می‌شوند. این داده‌ها شامل قرائت های گیج های عقربه ای افقی وقائم و قرائت های حلقه بار،بارسنج یا وزنه‌ها كه برای محاسبه تنش برشی استفاده می‌شوند. سرعت آزمایش باید به قدری كم باشد كه فشار منفذی در نمونه ایجاد نشود. یعنی اگر نمونه تمایل به اتساع نشان داد،باید زمان كافی برای ورود آب به نمونه وجود داشته باشد.بالعكس اگر نمونه تمایل به تراكم نشان داد،باید زمان كافی برای خروج آب به نمونه وجود داشته باشد.برای تحقیق این امر لازم است كه زمان رسیدن به مرحله گسیختگی به صورت زیر باشد:

• در مورد ماسه تمیز با كمتر از 15 درصد ریز دانه غیر خمیری،زمان كل تا رسیدن به

گسیختگی حداقل 10 دقیقه باشد.

• در ماسه لای دار حاوی بیش از 5 درصد ریز دانه غیر خمیری،زمان كل تا رسیدن به

گسیختگی حداقل 60 دقیقه می‏باشد.

• در مورد لای غیر خمیری، زمان كل تا رسیدن به گسیختگی باید حدود2 تا3 ساعت باشد.

8- ویژگی‌های شاخص در پایان آزمایش: پس از اینكه نمونه به طور كامل برش خورد، از داخل دستگاه برش بیرون آورده می‏شود. سپس درصد رطوبت نمونه تعیین می‏گردد(بخش3-3) . پس از قرار دادن نمونه در قوطی باید آنرا خرد نمود وجود ذرات درشت در آنرا بررسی كرد. این ذرات مانع برش خوردن نمونه شده ومقاومت را بالا می برند درصورت مشاهده این ذرات .باید آزمایش را با نمونه ای دیگر تكرار نمود. حداكثر اندازه ذرات در آزمایش برش مستقیم محدودیت مهمی است كه در بخش 5-4-8 بیشتر مورد بحث قرار می‌گیرد.

قرائت عقربه افقی

تغییر شكل افقی

قرائت عقربه قائم

تغییر شكل عمودی

قرائت حلقه بار

نیروی برشی