آزمایش های خاک

آزمایش های خاک

آزمایش های خاک

آزمایش های صحرایی و ارزیابی ویژگی های خاک یا سنگ، هم اکنون بخش اصلی و مهم فرایند طراحی های ژئوتکنیکی را تشکیل می دهند. پارامترهای اصلی نظیر مقاومت، تنش های افقی برجا، مدول های تغییر شکل پذیری و نفوذپذیری از پارامتر های مد نظر طراحان می باشد.

انواع آزمایش های خاک

آزمایش هایی که برای خاک انجام میشود بستگی به هدف مورد نیاز خود دارای انواع مختلفی میباشد که در ادامه به شرح برخی از آنها پرداخته ایم:
1. آزمایش تعیین میزان رطوبت
2. آزمایش تعیین گرانی مخصوص
3. آزمایش هیدرومتری
4. آزمایش حدود آتر برگ
5. آزمایش تراکم
6. آزمایش تحکیم
7. آزمایش نفوذ پذیری به روش هد ثابت و هد افتان
8. آزمایش هم ارز ماسه
9. آزمایش برش مستقیم

آزمایش حد روانی (حدود اتربرگ)

تئوری آزمایش:

این آزمایش را برای اینکه بتوانیم حد روانی (حدود اتربرگ) خاک را به دست آوریم و یا نقش آب در رفتار مکانیکی خاک را بدست آوریم انجام می دهیم.
آزمایش حد روانی

وسایل مورد نیاز آزمایش:

آب چکان، سینی، آب، ۳۰۰گرم خاک رد شده از الک نمره۴۰، کاسه گرانده ، گونومتر.

شرح انجام آزمایش:

این آزمایش برای خاکهای با مواد ریز دانه صورت می گیرد، نحوه انجام آزمایش به این صورت است که ۳۰۰ گرم خاک رد شده از الک نمره ۴۰ را در سینی میریزیم و به آن به اندازه دلخواه آب می افزاییم و آنرا خوب به هم می زنیم تا کاملاٌ مخلوط شود، سپس مقداری از آن را با اسباتول براشته و به کاسه دستگاه کاسه گرانده می مالیم که ارتفاع نمونه داخل کاسه حدود ۱ سانتی متر می باشد. (اگر اسباتول را روی کاسه موازی با سطح افق بکشیم باید نمونه با اسباتول هم سطح باشد). سپس شیاری را روی نمونه ایجاد میکنیم و دسته دستگاه را به تعداد۶۰ بار در ثانیه می چرخانیم تا آخرین ضربه ای که در آن نمونه به اندازه حدود۱ سانتی متر بسته شود را یادداشت میکنیم.
سپس در هر مرحله مقداری از نمونه ها برداشته و به طور جداگانه در آون قرار میدهیم تا با استفاده از آن بتوانیم مقدار رطوبت را بدست آورده و نمودار خط روانی آنرا رسم کرده و با استفاده از آن مقدار آب لازم (اپتیمم) برای حد روانی را بدست آوریم. باید در نظر داشته باشیم که در مرحله اول تعداد ضربات نباید ار ۵۵ بیشتر باشد و همچنین در مرحله سوم نباید از ۱۰ ضربه کمتر باشد.

آزمایش برش مستقیم

تئوری آزمایش:

خاک ماسه ای متراکم وقتی تحت برش قرار می گیرد ابتدا به یک مقدار متراکم می شود اما بعد دانه ها شروع به راندن یکدیگر می کنند.پس تمایل به افزایش حجم پیدا می کند و اصطکاک کمتر می شود و با افت مقاومت برشی مواجه میشویم و خاک خاصیت نرم شوندگی از خود نشان می دهد. پس خاک ماسه ای متراکم تمایل به اتساع دارد. در خاک های ماسه ای شل وقتی تحت برش قرار می گیرد متراکم می شود وکاهش حجم می دهد. (compaction)
آزمایش برش مستقیم به دو صورت انجام میشود :
1.    با کنترل تنش : با مساوی بودن نیروی برشی، تغییر شکل را در مراحل مختلف اندازه می گیرند.
2.    با کنترل تغییر شکل : تغییر شکل ها را اعمال می کنند و در نتیجه نیروی برشی نظیر هرکدام را به دست می آورند.
آزمایش برش مستقیم

وسایل مورد نیاز آزمایش:

جعبه برش مستقیم، سنگ متخلخل، دستگاه جهت بارگذاری نیروی قائم، دستگاه جهت بارگذاری نیروی برشی، لودسل، محفظه رطوبت، کرنش سنج، وسایل عمومی آزمایشگاهی همچون گرمخانه

شرح انجام آزمایش:

ابتدا جعبه برش و مخزن آب آن را در جای خود قرار می دهیم و بعد بین دو نیمه جعبه برش را با یک لایه نازک گریس پوشانده و به وسیله میخ های مخصوص روی هم ثابت می کنیم تا دیگر هیچ جابه جایی و لغزشی بین آنها ثورت نگیرد. با دقت نمونه را داخل جعبه برش قرار داده وجعبه را از آب اشباع می کنیم، صفحه سربار را که مجهز به سنگ متخلخل می باشد روی نمونه قرار داده و قاب مخصوص بارگذاری قائم را روی آن قرارمی دهیم. معمولا حد فاصل این قاب و صفحه سربار یک گلوله فلزی قرار می گیرد و یا اینکه مستقیما قاب در شیار صفحه سربار جای داده می شود.
 گیج مخصوص اندازه گیری نشست قائم نمونه را روی صفحه سربار نصب می کنیم، نیروی قائم را با توجه به شرایط آزمایش و با افزودن وزنه های مناسب روی قاب بارگذاری اعمال می کنیم، سپس میخ ها را بیرون آورده و جعبه برش را بیرون می آوریم. نمونه برای برش آماده میشود. نیروی برش به صورت افقی و به وسیله موتور الکتریکی با دور معینی اعمال می شود. این نیرو به وسیله حلقه نیرو سنج و جابه جایی به وسیله گیج تغییر شکل افقی اندازه گیری می شود بارگذاری را آنقدر ادامه می دهیم تا اینکه نیروی برش ثابت بماند. ما دراین آزمایش از 200g ماسه استفاده کردیم . سطح قاب 36cm2  می باشد. بار قائم را یک بار 18kg  و بار  دوم  36kg قرار می دهیم.

آزمایش هیدرومتری

تئوری آزمایش:

آزمایش هیدرومتری بخشی از آزمایش دانه بندی است که جهت دانه بندی خاک های بسیار ریز دانه که عبوری از الک شماره 200 است مناسب میباشد. اساس آزمایش هیدرومتری بر پایه تفاوت در سرعت ته نشین شدن ذرات خاک بنا شده است. در آزمایش هیدرومتری از قانون استوکس استفاده می کنیم.
قانون استوکس بیانگر آن است که ذرات خاک با چگالی و قطر بزرگتر، با سرعت بیشتری ته نشین میشوند. در این آزمایش از ابزاری به نام هیدرومتر که دارای چگالی ثابت و معینی است استفاده میشود. از آزمایش هیدرومتری نمیتوانیم برای خاک های درشت دانه استفاده کنیم. چرا که ذرات خاکی اگر اندازه بزرگی داشته باشند، هنگام حرکت جریان را مغشوش کرده و در این شرایط قانون استوکس برقرار نبوده و به جای آن قانون حرکت براونی حاکم میشود که مانع از سقوط دانه های خاک می گردد.
آزمایش هیدرومتری

وسایل مورد نیاز آزمایش:

آبچکان، استوانه مدرج ، آب، ۵۰گرم خاک رد شده از الک نمره۲۰۰، لیوان فلزی، همزن شیشه ای، همزن برقی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌

شرح انجام آزمایش:

ابتدا به مقدار cc 125 محلول پراکنده ساز را داخل لیوان ریخته و ۵۰ گرم از خاک رد شده از الک نمره ۲۰۰ (خاک ریز دانه) را روی آن ریخته و هم میزنیم تا مخلوط شوند و آن را به مدت ۱۰ دقیقه با هم زن شیشه ای به هم می زنیم تا تمامی ذرات با آب مخلوط شوند و سپس آن را با استفاده از همزن برقی مخلوط می کنیم و داخل استوانه مدرج می ریزیم و ارتفاع آب داخل آن را به ۸۰۰ رسانده و کف دست را روی استوانه گذاشته و ۶۰ بار استوانه را تکان می دهیم تا خوب با آب مخلوط گردد. و در آخر ارتفاع آب داخل آن را به ۱۰۰۰ میرسانیم و استوانه را در جای آرامی قرار داده تا بتوانیم نتایج آزمایش را ثبت کنیم.

آزمایش تحکیم

تئوری آزمایش:

فشار ناشی از اعمال سربار در لایه های خاک موجب فشردگی، تغییر شکل فشاری و جابجایی ذرات در خاک شده که عملا موجب خروج آب و هوا از میان حفرات میشود و به نوعی، نشست در خاک به وجود می آید. در حالت کلی از نظر مدت زمان لازم برای فشردگی، نشست خاک را می توانیم به دو دسته زیر تقسیم بندی کنیم:
الف) نشست آنی (کوتاه مدت)
ب) نشست تحکیم (بلند مدت)
هم چنین از نظر شرایط برگشت پذیری، نشست خاک به نشست های «الاستیک» و «غیر الاستیک» تقسیم می شود.
تحکیم را این گونه می توان تعریف کرد: “کاهش حجم تدریجی یک خاک اشباع شده با نفوذپذیری کم در اثر زهکشی بخشی از آب موجود در حفرات که نهایتا منجر به تغییر ضخامت و نشست خاک می گردد.”
بنابراین زهکشی (تغییر در فشار آب حفره ای) ارتباط تنگاتنگی با مقوله ی تحکیم و نشست خاک دارد. از وقتی که در اثر فشار سربار در داخل خاک اضافه فشار آب حفره ای به وجود می آید، پدیده ی تحکیم آغاز میشود و تا زمانی که این اضافه فشار در اثر زهکشی زائل می شود، پدیده تحکیم ادامه خواهد داشت.
آزمایش تحکیم

وسایل مورد نیاز آزمایش:

دستگاه تحکیم یک بعدی، ظرف تعیین درصد رطوبت، گرمکن، ترازو، زمان سنج

روش انجام آزمایش:

دستگاه تحکیم باید طوری مستقر شود که نمونه در حین انجام آزمایش خواص خود را از دست ندهد. ابتدا دستگاه تحکیم را در حالت بارگذاری قرار داده و باری معادل 5 کیلو پاسکال بر آن اعمال میکنیم. به محض اعمال این بار جابجایی انجام شده را قرائت و یادداشت میکنیم. اگر نمونه اشباع دست نخورده بود و یا خاک نمونه گیری شده از زیر سطح آب زیر زمینی باشد، در ظرف استوانه ای آب میریزیم تا اشباع شود. سپس ارتفاع نمونه را یادداشت میکنیم.
باید در نظر داشته باشیم که بارهای مختلفی را به نمونه اعمال کرده و جابجایی متناظر با آن را بدست بیاوریم. افزایش بارگذاری باید هر 24 ساعت یکبار باشد. پس از خاتمه آزمایش و جهت جلوگیری از تورم ناشی از باربرداری، بهتر است نمونه را تحت فشار کم قرار دهیم. در آخر نمونه را به دقت از حلقه خارج میکنیم و آن را وزن می نماییم و مطابق با آزمایش مربوطه درصد رطوبت خاک را تعیین میکنیم و سپس نمودار های مربوطه را رسم میکنیم.
تاریخ انتشار: ۱۳۹۸/۱۰/۱۶