اليوم، تركز Savo Kusic على النوافذ الخشبية، نوافذ الخشب والألمنيوم، النوافذ المخصصة، الأبواب وطلبات عرض الأسعار. يظل هذا النص بمثابة أرشيف جيوتقني وليس عرضًا للاختبارات المعملية أو التصميم الجيوتقني أو الأعمال الأرضية.
هناك عدة طرق لتحديد عناصر المقاومة الداخلية للتربة وتماسكها وزاوية الاحتكاك الداخلي باستخدام التجارب المعملية، ومن أشهرها اختبارات _القص المباشر والضغط ثلاثي المحاور.
تجربة القص المباشر
يتم إجراء الاختبار على جهاز ذو مقطع مستطيل من النوع A. Casagrandea أو على جهاز دائري من النوع Hvorsleva. سنصف التجربة باستخدام جهاز المقطع المستطيل، وهو الأكثر استخدامًا. وفي كلتا الحالتين، يتم إجراء الاختبار بعينة غير مضطربة، أو بعينة مضطربة عند نقطة الخضوع، وفي هذه الحالة يكون للاختبار قيمة مقارنة.
جهاز القص المباشر لقسم مستطيل (شكل 1)
الشكل. 1_مقطع عرضي لجهاز القص المباشر لـ Casagrande_
يتكون الجهاز من جزأين، الإطار العلوي والسفلي، حيث يكون الجزء السفلي ثابتًا، بينما الجزء العلوي متحرك ويمكن تحريكه على الجزء السفلي تحت تأثير القوة الأفقية Z، والتي تعمل على مستوى التلامس للإطار العلوي والسفلي.
يتم وضع عينة التربة في حلقة فولاذية مستطيلة، عادةً بحجم 100 × 100 × 30 mm، أو تلك الأبعاد عند كشطها بدقة. يتم وضع أحجار الترشيح فوق الجزء العلوي والسفلي من العينة، ثم يتم وضع كل شيء في حلقة الجهاز، والتي يتم ملؤها بعد ذلك بالماء. يتم وضع جهاز للتحميل العمودي على العينة. ويرتبط حجر الترشيح العلوي بنظام التحميل الرأسي للعينة، بينما يتصل الحجر السفلي بقنوات المياه، والتي يمكن من خلالها إبقاء العينة في حالة مشبعة أثناء الاختبار، وذلك لاستبعاد التماسك الظاهري.
من أجل استبعاد الاحتكاك على أسطح التلامس بين الإطار العلوي والسفلي، توجد أجهزة ذات إطار علوي ملتوي، يتحرك من خلالها الإطار العلوي تحت تأثير قوة القص الأفقية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأسطح الملامسة للإطار العلوي والسفلي مطلية بالفازلين. تم تضمين جهاز مقارنة 2 آخر لتسجيل التشوهات الرأسية والأفقية في الجهاز.
اختبار القص المباشر
هناك بشكل رئيسي 2 أنواع من اختبار القص المباشر: الاختبار السريع والبطيء_. يتكون الاختبار “السريع” من تحميل العينة بضغط رأسي معين يصل عادة إلى 0,50، بعد إدخاله في الجهاز؛ 1,0؛ 2,0؛ 3,0 و 4,0 kp/cm2، انتظر الدمج، الذي يُفترض أنه قد تم تحقيقه إذا تم التسوية خلال 24 ساعات Δh ≥ 0,02 mm، ثم قم بتطبيق قوة القص الأفقية Z، الحجم 1/20 أو 1/40 جزء من القوة العمودية P، والتي تزداد كل دقيقة بنفس القيمة حتى تنكسر الأرض. أثناء تطبيق قوة القص الأفقية، تتم مراقبة مسار حركة الإطار العلوي باستمرار من خلال القراءة على جهاز المقارنة ويتم تسجيل التشوهات الأفقية في السجل مباشرة قبل كل حمل جديد. اللحظة التي يظهر فيها جهاز المقارنة حركة مفاجئة، تم اعتمادها كنقطة انطلاق.
يتم تطبيق الاختبار السريع على التربة الطينية، التي يكون توحيدها الطبيعي تحت حمل جديد بطيئًا ويتوافق مع طريقة إجراء الاختبار هذه.
Slow بطريقة مماثلة كما كان من قبل مع الاختلاف الوحيد وهو أن قوة القص الأفقية تزداد في فترة زمنية أطول، والتي يمكن أن تكون 2، 5 و15 m دقيقة أو حتى الدمج، أي حتى تصبح التشوهات الأفقية غير مهمة تمامًا. يتم مراقبة مسار الدمج تحت تأثير القوة الأفقية على المقارنة 9 (الشكل 1).
يطبق الاختبار البطيء على التربة الرملية أو المغبرة، حيث في حالة زيادة قوة القص الأفقي في فترة زمنية قصيرة، فإن قص العينة في الجهاز يتسارع بسبب تأثير الماء المجهد في المسام، وهو ما لا يتوافق مع عملية طبيعية. ولذلك، فإن الفاصل الزمني يزداد مع نعومة جزيئات التربة غير المرتبطة، وذلك للسماح بمساواة ضغط الماء في مسام التربة مع ضغط الماء الخارجي. يتم تحقيق هذه المعادلة من خلال ترك وقت كافٍ تحت تأثير كل مستوى من الحمل الأفقي، بحيث يتم عصر الماء الزائد في المسام من خلال حجر الترشيح.
بالإضافة إلى الاختبارات المذكورة، في بعض الحالات يتم إجراء اختبار سريع دون الدمج تحت الحمل الرأسي، أي يتم تطبيق قوة القص الأفقية مباشرة بعد إدخال العينة إلى الجهاز وتحميلها بحمل رأسي. ومع ذلك، يتم تطبيق طريقة التنفيذ هذه في ظل ظروف خاصة، مثل حالة السدود المثبتة حديثًا والمصنوعة من التربة الطينية، والتي يتم تحميلها مباشرة بعد السدود دون ضغط مسبق.
تحديد زاوية الاحتكاك الداخلي والتماسك
بناءً على نتائج الاختبار، يتم حساب إجهاد القص
τ=Z/A بالكيلو بايت/سم²،
والتي يتم الحصول عليها من قوة القص Z بـ kp لحظة الفشل ومساحة المقطع العرضي للعينة A بالسم². يتم إجراء الاختبار باستخدام أجهزة 3 إلى 4 محملة بضغط عادي مختلف σ=P/A بوصة kp/cm² حيث P هو الحمل الرأسي للعينة بوحدة kp. عادة ما يتم أخذ القيم التالية للضغوط العادية: 1,0; 2,0; 3,0 و 4,0 كيلو بايت/سم².
الشكل. 2. مخطط التشوهات الأفقية
استنادًا إلى مخطط عناصر الاحتكاك الداخلي، يتم الحصول على نوعين من المخططات 1 ومخطط للتشوهات الأفقية (الشكل 2).
يتم الحصول على مخطط التشوهات الأفقية من خلال تطبيق الإزاحة الأفقية ΔL بالملم من الإطار العلوي للجهاز إلى الإطار السفلي على محور الإحداثي السيني، والذي يتم الحصول عليه من خلال قراءة المقارنة 9، وعلى المحور الإحداثي إجهاد القص المقابل τ بـ kp/cm² (الشكل 1). 2).
اعتمادًا على ضغط التربة، يتم الحصول على الرسم البياني 1 للضغط والرسم التخطيطي 2 للمواد السائبة.
بالنسبة للمواد المضغوطة، يزداد إجهاد القص τ في البداية بشكل حاد إلى حد ما فيما يتعلق بالإزاحة الأفقية ΔL حتى حد التناسب P، ثم بشكل أبطأ، حيث يزيد منحنى المخطط 1 ويصل إلى أقصى ارتفاع B، وبعد ذلك يتناقص المخطط على طول معين، ليصل في النهاية إلى التدفق الأفقي. من المفترض أن تكون منطقة التسلق المستقيم لمخطط التشوه الأفقي، حيث تتناسب الزيادة في إجهاد القص مع الزيادة في التشوه، هي منطقة التشوه المرن. بعد الحد P، تتناقص الزيادة في إجهاد القص وفقًا لزيادة التشوهات ΔL حتى أعلى نقطة B في المخطط. في هذه المنطقة، تبدأ المادة في “التدفق” ويتم اعتمادها كمنطقة للتشوه البلاستيكي. تمثل أعلى نقطة B في مخطط 1 الحد الأقصى لإجهاد القص max τ، ومن المفترض أن يحدث كسر في التربة عند هذه النقطة، أي أن النقطة B هي نقطة الانهيار. بعد النقطة B، تكون المادة في حالة سائلة، وتقل قوة القص، ويفترض أنه في هذه المنطقة، حيث ينقطع الاتصال بين الجزيئات، لا توجد سوى مقاومة انزلاقية تعارض قوة القص الأفقية. النقطة G حيث يتحول المخطط 1 إلى الاتجاه الأفقي تم اعتمادها كحدود انزلاقية.
يُسمى إجهاد القص عند حد الفشل B بقوة القص أو قوة القص النقية τf، بينما يُسمى إجهاد القص عند حد الخضوع G بقوة الانزلاق τg.
بالنسبة للمواد السائبة، يحتوي مخطط الإزاحة الأفقي أيضًا على منطقة مرنة مع حد التناسب P، ولكن المصب عبارة عن منطقة بلاستيكية تصل إلى حد الانزلاق G، أي أن الحد الأقصى لإجهاد القص يساوي قوة الحد، والانزلاق (τ=τg)، وبعدها الحالة السائلة للمادة.
الشكل. 3. مخطط القص، أ) للتربة المتماسكة، ب) للتربة غير المتماسكة
يتم الحصول على مخطط القص عندما يتم تطبيق الضغط الطبيعي σ بالكيلو باسكال/سم2 على محور الإحداثي، ويتم تطبيق قوة القص المقابلة τf بالكيلو باسكال/سم2 على المحور الإحداثي، حيث يتم تطبيق كلتا القيمتين على نفس المقياس (الشكل 3). نظرًا لأن قوة القص τf للتربة تزداد مع الضغط الطبيعي σ، بالنسبة للضغوط المختلفة σ1 سيتم الحصول على النقاط A وB وC وD، والتي تمثل قوة القص المقابلة.
للحصول على نقاط معينة A وB وC وD على الرسم البياني 3 للتربة المتماسكة (الشكل 3a)، يتم اعتماد قوة الانزلاق _τ_g. ومع ذلك، في حالة التربة الطينية، تبدأ المادة في التدفق قبل فترة طويلة من الوصول إلى حد الانزلاق G، وهناك ميل لاعتماد قوة القص عند حد التناسب P لتحديد التماسك c وزاوية الاحتكاك الداخلي للتربة، ولكن نظرًا لأنها صغيرة نسبيًا، غالبًا ما يتم اعتماد قوة القص التي يكون التشوه ΔL على مخطط 2 ضعف التشوه عند مستوى التحميل السابق في الجهاز. تقع هذه القوة في مكان ما بين حدود P وB، أي G (شكل 2).
ربط النقاط A وB وC وD على الرسم البياني 76a يعطي مخطط القص، وهو خط مستقيم في الاختبارات الناجحة. من خلال تمديد المخطط إلى التقاطع مع المحور الإحداثي، بالنسبة لـ σ = 0، يتم الحصول عليه بناءً على نمط كولوم τf = c+σ tgϕ الذي τf = c = تماسك التربة، بينما يعطي ميل المخطط نحو الأفقي زاوية الاحتكاك الداخلي. من خلال تمديد مخطط القص على الجانب الآخر من المحور الإحداثي، يتم الحصول على الضغط الناتج عن التماسك pk على محور الإحداثي السيني، عندما يتم التعبير عن حجم التماسك c كمكافئ لمقاومة الاحتكاك:
c = pk tgϕ، ومن هنا pk = c/tgϕ
بالنسبة للتربة غير المتماسكة، مثل الرمل، الرسم التخطيطي في الشكل. 3b، الذي يمر عبر أصل الإحداثيات، لأنه بالنسبة إلى σ = 0 نحصل على τ = 0. ومع ذلك، إذا كان الرمل ناعم الحبيبات ورطبًا، فإن الرسم التخطيطي مشابه للرسم الموجود في الشكل. 3a، مع تماسك أصغر c، والذي يمثل التماسك الظاهري. في هذه الحالة، يمثل الضغط pk على محور الإحداثي الممتد على الجانب الآخر من أصل الإحداثيات الإجهاد الشعري.
تجدر الإشارة إلى أن تحديد تماسك التربة واحتكاكها باختبار القص المباشر له عدة عيوب أهمها أن فشل التربة يحدث على سطح قص محدد سلفا وليس على السطح الأقل مقاومة للقص، أنه أثناء قص العينة في الجهاز يقل سطح القص بسبب حركة الإطار العلوي على الأسفل، ثم أنه لا يمكن رصد تشوهات العينة أثناء القص إلا على مدى فترة قصيرة الطول، بحيث لا تتمكن مقاومة الانزلاق التي تتجاوز الحد من التحكم في الكسر بدرجة كافية، خاصة في حالة التربة الناعمة عندما تكون التشوهات أثناء القص كبيرة، وما إلى ذلك.
اختبار الضغط ثلاثي المحاور
يتم إجراء الاختبار على جهاز ثلاثي المحاور، له هياكل مختلفة، ولكنها جميعها تعتمد على نفس المبدأ، وهو كما يلي. توضع العينة غير المضطربة على شكل أسطوانة عموديا على الحامل وتعريضها للضغط الجانبي للكتلة السائلة من جميع الجوانب ثم للضغط الرأسي الذي يزداد تدريجيا حتى يحدث كسر العينة على السطح الأقل مقاومة للقص. بناءً على قوة القص عند الكسر يتم حساب التماسك وزاوية الاحتكاك الداخلي للتربة.
وصف الجهاز ثلاثي المحاور
الشكل. 4. جهاز ثلاثي المحاور
يتكون الجهاز ثلاثي المحاور (الشكل 4) من الجزء السفلي من اللوحة الأساسية للغرفة، والتي يرتكز عليها حامل العينة، وفي الجزء العلوي من المكبس للتحميل الرأسي للعينة واللوحة العلوية التي تغلق الحجرة. أبعاد العينة الأكثر شيوعًا هي القطر ϕ=36 mm، الارتفاع h=2,2-2,5_ϕ_. قطر الغرفة هو D=135mm، الارتفاع H = 180 mm. يبدأ أنبوب ضيق K1 لتصريف العينة من الأسفل من مركز حامل العينة، الذي يستقبل الماء من العينة من خلال لوحة مسامية ويصرفه خارج الحجرة إلى أنبوب زجاجي عمودي C1. إذا تم إجراء الاختبار دون تصريف العينة، فإن هذه القناة تعمل على قياس ضغط الماء في المسام. يوجد في القاعدة البرونزية للغرفة قناة K2 لتزويد الكتلة السائلة لملء الحجرة وتحقيق الضغط الجانبي في الغرفة على العينة.
من خلال اللوحة العلوية للغرفة يمر مقبض المكبس لتحميل العينة. العينة الموجودة في الحجرة محاطة بغشاء مطاطي يمتد من كلا الطرفين ويتصل بالمكبس والقاعدة بواسطة حلقات مطاطية. يوجد في منتصف المكبس قناة K3 لتصريف العينة من الجانب العلوي.
جوانب الحجرة محكمة الغلق بأسطوانة زجاجية مثبتة على الصفائح العلوية والسفلية للغرفة عبر حلقات مطاطية.
يتم وضع الحجرة على قاعدة صلبة. يتم التحميل الطبيعي للعينة عن طريق رافعة ذات أوزان، تكون النسبة في أغلب الأحيان 1: 10. يتكون نظام تحقيق الضغط الجانبي على العينة في الحجرة من زجاجة ذات كتلة سائلة B، يتم إدخالها إلى الحجرة عن طريق أنبوب ومقياس ضغط لقياس ضغط الهواء وزجاجة بها هواء مضغوط. يتم وضع جهاز مقارنة فوق المكبس لتحميل العينة لقياس استقرار العينة تحت الحمل.
يمكن تعديل الضغط الجانبي للكتلة السائلة في الغرفة حسب الرغبة باستخدام ضغط الهواء في الزجاجة B، عبر الصمامات V1 وV2. يسبب هذا الضغط ضغوطًا أفقية في العينة σ2 و σ3، والتي يتم تعادلها بسبب المقطع الدائري للعينة σ2 = σ3.
يمكن أن تكون الكتلة السائلة عبارة عن ماء مقطر أو زيت، وهو المفضل لإغلاق أفضل، لأن الماء يمكن أن يمر عبر البراغي. تحت تأثير ضغط الهواء في الزجاجة B، تملأ الكتلة السائلة الغرفة حتى الصمام V6، الذي يغلق بعد ذلك. الحمل الرأسي للعينة P، والذي يتم نقله بدون احتكاك تقريبًا إلى العينة عبر مقبض المكبس، مقسومًا على مساحة المقطع العرضي للعينة A يعطي الضغط الرأسي σ1 = P/A
إجراء اختبار الضغط ثلاثي المحاور
بالنسبة لعينة الاختبار تتم معالجتها في جهاز منفصل، بحيث يتم الحصول على أسطوانة قطرها 36 mm وارتفاعها 78 mm أو 90 mm، توضع عليها أحجار الترشيح من الأعلى والأسفل ويوضع عليها غشاء مطاطي. ثم يتم وضع العينة مع أحجار الترشيح على الحامل الموجود في الحجرة، ويتم سحب الأطراف والأغشية المطاطية فوق الحامل ومكبس التحميل وتثبيتها بحلقات مطاطية. وفقا لممارسة بعض المختبرات، مثل البروفيسور سكيمبتون في لندن، يتم تسريع عملية تصريف العينة في الغرفة أثناء الاختبار عن طريق تبطين جوانب العينة بورق الترشيح، الذي يتم وضعه قبل سحب الغشاء المطاطي. عند إدخال العينة إلى الجهاز وتثبيت أسطوانة البليكسيجلاس في الصفائح العلوية والسفلية، من الممكن إجراء الاختبارات والتي يمكن إجراؤها بعدة طرق مثل ما يلي:
-
الاختبارات غير المصرفة. في هذه الاختبارات لا يسمح بتصريف العينة أثناء تطبيق الاختبار الجانبي والرأسي، بينما تكون الصمامات V4 وV5 مغلقة.
-
الاختبارات غير المصرفة مع الدمج. أثناء تطبيق الضغط الجانبي، يتم تصريف العينة (الصمامات V4 وV5 مفتوحة)، بينما أثناء تطبيق الضغط الرأسي، لا يُسمح بالتصريف (V4 وV5 مغلقان).
3_) العينات المستنزفة_. يتم تصريف العينة طوال مدة الاختبار (الصمامات V4 وV5 مفتوحة)، بحيث يحدث الدمج الكامل ولا يتم إنشاء ماء مضغوط في المسام أثناء تطبيق الضغط العمودي σ1. يستغرق هذا الاختبار وقتا طويلا، خاصة مع التربة ضعيفة النفاذية، لأن التحميل العمودي σ1 يجب أن يتم على عدد كبير من المراحل الصغيرة ويجب انتظار الدمج في كل مرحلة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء الاختبارات المذكورة على عينات مشبعة و_مشبعة_جزئيًا_._
في ضوء الاحتمالات المذكورة أعلاه، يمكن إجراء اختبارات الضغط ثلاثي المحاور بأشكال مختلفة وتعديلها وفقًا لنوع التربة تحت ظروف الحمل.
الأجهزة والإجراءات والوحدات والقيم والأنماط الموصوفة منقولة من مصدر تاريخي. النص ليس دراسة جيوتقنية أو بروتوكول مختبر أو مشروع أساس أو دليل على استقرار المنحدر أو خطة الحفر. يجب تحديد اختيار العينة وطريقة الاختبار، وحالة الصرف والدمج، والمياه الجوفية، ونظام التحميل، والتأثيرات الزلزالية وسلامة الحفر للتربة والمبنى المحددين، وفقًا للوائح الحالية، مع المختبر المناسب والخبير الجيوتقني المعتمد.