تحديد انضغاطية التربة

ملاحظة مهمة للخبراء: هذه المقالة عبارة عن مراجعة تعليمية أرشيفية وليست دراسة جيوتقنية أو معيارًا مختبريًا صالحًا أو حسابًا أساسيًا أو دليل تعليمات. تم نقل المصطلحات والإجراءات ووحدات القياس والقيم والتصنيفات والمراجع الأصلية إلى “لوائحنا” دون التحقق من الالتزام بالمعايير واللوائح المعمول بها. يجب إجراء اختبار التربة واختيار الطريقة وتفسير النتائج وقرارات التصميم من قبل خبراء جيوتقنية معتمدين والمختبر المناسب لجسم وموقع محددين.

موضوع انضغاط التربة ليس جزءًا من العرض العام الجديد لـ Savo Kusic. يتكون تركيز الإنتاج الحالي من النوافذ الخشبية، نوافذ الخشب والألمنيوم والأبواب المصنوعة حسب الطلب. لمشروع نافذة أو باب معين، يمكنك إرسال طلب عرض أسعار.

أساس اختبار عداد المسافات

يتم تحديد انضغاطية التربة عن طريق اختبار الضغط مع منع التمدد الجانبي، والذي يسمى أيضًا اختبار مقياس المسافات أو اختبار الدمج.

يتم إجراء الاختبار على عينات غير مضطربة، وفي بعض الحالات مع عينات مضطربة. في الحالة الأولى، يتم أخذ عينة الاختبار عن طريق ضغط حلقات معدنية في عينة أكبر حجما دون إزعاج، ثم يتم إدخالها إلى الجهاز مع الحلقة بعد قطع العينة الزائدة وتسوية أسطحها مع حواف الأسطوانة. وفي الحالة الثانية، يتم ملء الحلقة بعينة في حالة الاتساق عند نقطة الخضوع وفي تلك الحالة يتم إدخالها في مقياس الأوديوميتر.

يتم إجراء الاختبار باستخدام الجهاز الذي صممه Terzaghi لأول مرة ويسمى Oedometer. اليوم، هناك العديد من الإنشاءات المختلفة لهذا الجهاز، ولكنها جميعها تعتمد على نفس المبدأ، حيث تختبر ضغط عينة التربة تحت الحمل مع منع التمدد الجانبي.

عداد المسافات: وصف الجهاز

الشكل. 1. عداد المسافات

يتكون مقياس المسافات من أسطوانة معدنية تقع فيها العينة بين حجري مرشح (الشكل 1). يتم إدخال العينة إلى الجهاز في حلقة معدنية يبلغ قطرها 7-10 cm وارتفاعها 1-4 cm. يتم نقل الحمولة P إلى العينة عبر حجر الترشيح العلوي. أسفل حجر الفلتر السفلي، توجد قنوات في الجزء السفلي من الأسطوانة لتصريف الماء من العينة إلى الأنبوب الشعري، وكذلك لإمدادات المياه. نظرًا لأن ضغط العينة يتم على حساب المسام، نظرًا لأن جزيئات التربة الصلبة والماء الموجود في المسام غير قابلة للضغط عمليًا، فمن الضروري التأكد من تصريف المياه من العينة أثناء الاختبار، وهو ما يتم تحقيقه عن طريق حجر ترشيح وقناة وأنبوب شعري.

على الجانب الأيسر من الجهاز يوجد أنبوب إمداد المياه بصنبور أمام الأسطوانة، بينما يوجد أنبوب شعري على الجانب الأيمن مع صنبور خلف الأسطوانة. كما يستخدم الأنبوب الشعري لتحديد معامل نفاذية التربة k.

الفحص

عندما يتم وضع العينة في الأسطوانة ويتم تجميع الجهاز، أغلق الصنبور الأيسر ومصدر المياه وافتح الصنبور الأيمن لتصريف الماء إلى الأنبوب الشعري. ثم يقترب حمولة العينة، والتي يتم تطبيقها تدريجيا. عادة ما يتم تطبيق الأحمال التالية: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00؛ 6,00 kp/cm2 وحتى أعلى حمل للتربة متوقع تحت المبنى، في الغالب يصل إلى 10 kp/cm2، وبالنسبة للسدود يمكن أن يصل إلى 20 ​​​​kp/cm2. عند كل مستوى من التحميل، في لحظة تطبيقها، يتم تشغيل ساعة الإيقاف وعلى فترات زمنية معينة 15“، 30“، 1’، 2’، 5’، 15’، 45’، 2h، 5h، 24h، ثم كل 24h، حتى دمج العينة تحت درجة الحمل هذه، تتم قراءة التسوية المقابلة بأجزاء من الألف من المليمتر على جهاز المقارنة وتسجيلها في السجل. بالنسبة للدمج، يفترض أنه قد تم تحقيقه إذا كانت تسوية العينة Δh ≥ 0,02 mm لمدة 24 ساعة. بعد تحقيق الدمج، يتم تطبيق المستوى التالي من الحمل ويتم تكرار الإجراء بأكمله بنفس الطريقة وهكذا حتى المستوى النهائي للحمل.

يتم إجراء اختبار التماسك مع منع التمدد الجانبي أثناء التحميل والتفريغ، وذلك لتحديد الخواص المرنة للتربة. بعد تحميل العينة إلى درجة معينة، نقوم بتفريغها بنفس التدرج الذي قمنا بتحميلها فيه. يتم إجراء التخفيف عادةً بعد 2,0 كيلو بايت/سم2، 4,0 كيلو بايت/سم2 و6,0 كيلو بايت/سم2.

كقاعدة عامة، يتم إجراء الاختبار بالعينة تحت الماء، والتي يتم وضعها على الأنبوب الزجاجي الأيسر على ارتفاع السطح العلوي للعينة في الجهاز. ولهذا السبب يتم إجراء اختبار انضغاطية العينة في وجود الماء، لأن الاختبار يستغرق وقتا طويلا وتجف العينة خلال تلك الفترة، ونتيجة لذلك تكون انضغاطية العينة أقل من الانضغاط الفعلي للتربة في حالتها الرطوبية الطبيعية. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون رطوبة التربة الطبيعية أعلى مما كانت عليه وقت أخذ العينات، خاصة عند ارتفاع منسوب المياه الجوفية، مما قد يؤدي إلى انحراف كبير عن الانضغاطية الفعلية للتربة خلال الفترة الزمنية لارتفاع منسوب المياه.

يتم تطبيق نتائج الاختبار على ثلاثة أنواع من المخططات، وهي مخطط الضغط النسبي ومخطط تغير معامل المسامية ومخطط التسوية الزمنية.

مخطط الضغط النسبي

يتم الحصول على هذا الرسم البياني عند تطبيق الضغط العادي على العينة على محور الإحداثي σ = P/A، حيث P هو الحمل المؤثر على العينة عبر حجر المرشح العلوي بـ kp/cm2، A هي مساحة المقطع العرضي للعينة في الجهاز، وعلى المحور الإحداثي هو الضغط النسبي Δh/h حيث Δh هو تسوية العينة تحت الحمل Δσ أثناء الدمج، h ارتفاع العينة قبل التحميل (الشكل 2).

الشكل. 2. مخطط الضغط النسبي

أثناء التحميل، يتم الحصول على مخطط الضغط الأولي a.

أثناء التفريغ، إذا تم تمكين تناول الماء دون عوائق، بحيث تظل العينة تحت الماء أثناء التفريغ، فإنها تعود إلى حالتها الأصلية، أي التورم. ومع ذلك، فإن العينة لا تعود إلى حالتها الأولية، مما يعني أنها تعرضت لتشوه بلاستيكي (دائم) بالإضافة إلى المرونة. لذلك، في هذه الحالة، يتم الحصول على مخطط التورم b أثناء التفريغ. ومع ذلك، إذا تم إجراء الاختبار دون تلقي الماء، فبدلاً من مخطط التورم، يتم رسم ما يسمى بـ مخطط المرونة.

إذا تم تحميل العينة مرة أخرى بعد التفريغ، يتم الحصول على مخطط الضغط الثانوي c. يشكل مخطط التورم ومخطط الضغط الثانوي c حلقة تباطؤ بينهما. في الطين تكون حلقات التباطؤ كبيرة وبالتالي فإن التشوه في منطقة التورم والضغط الثانوي (المخططين b و c) لا يعتبر مرنًا، ولكنه قابل للانعكاس، حيث أنه لا يتناسب مع الحمل وفقًا لقانون هوك. التشوهات في منطقة الانضغاط الأولي (الرسم البياني أ) في الجزء الذي لم تعود إليه هي تشوهات دائمة (لا رجعة فيها).

وحدة انضغاط التربة

من مخطط الانضغاط النسبي نحصل وفقًا لقانون هوك بشكل مشابه لمعامل المرونة ليونغ E لمادة مرنة، معامل الانضغاط للتربة Ms

Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],

حيث Δσ هي زيادة الحمل، Δh/h هو الضغط النسبي المقابل، والذي مأخوذ من مخطط الضغط الأساسي a (الشكل 2).

يختلف معامل انضغاطية التربة Ms عن معامل المرونة E للمادة المرنة، لأن Ms ليس ثابتاً لنفس المادة ولكنه متغير ويزداد مع الحمل الطبيعي σ. لذلك، يمكن إعطاء قيمة محددة لمعامل الانضغاطية Ms فقط لفترة زمنية ضيقة واحدة من حمل التربة الطبيعي Δσ. إذا كانت قيمة الوحدة Ms أعلى، فإن انضغاطية التربة أقل والعكس صحيح. وفقًا للوائح التأسيس الخاصة بنا، تم اعتماد المعيار التالي لمعامل انضغاط التربة في حالتها الطبيعية:

تم نقل التصنيف أدناه من النص الأصلي، بما في ذلك الفاصل الزمني المتكرر 100-400 kp/cm2. ولم يتم فحصها أو مواءمتها مع اللوائح الحالية.

Ms = 0 - 20 kp/cm2 تربة شديدة الانضغاط

Ms = 20 - 50 kp/cm2 تربة شديدة الانضغاط

Ms = 50 - 100 kp/cm2 تربة متوسطة قابلة للانضغاط

Ms = 100 - 400 كيلو بايت/سم2 تربة أقل انضغاطًا

Ms = 100 - 400 kp/cm2 تربة قابلة للانضغاط قليلاً

Ms = 400 - 1000 kp/cm2 تربة قابلة للانضغاط قليلاً

Ms > 1000         kp/cm2 تربة منخفضة الانضغاط للغاية.

وحدة مرونة التربة

وبنفس الطريقة نحصل على معامل مرونة التربة E:

E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],

حيث يتم أخذ زيادة الضغط النسبية Δh/h من مخطط مرونة التربة لزيادة الضغط الطبيعي المقابل Δσ.

التربة العادية والمتماسكة بشكل مفرط

الشكل. 3. رسم بياني للتغيرات في معامل المسامية لعينة التربة المضطربة

إذا قمنا بإجراء اختبار مقياس المسافة مع عينة مضطربة، والتي أدخلناها في الجهاز عند نقطة الخضوع، وقمنا برسم نتائج الاختبار على مخطط التغير في معامل المسامية e اعتمادًا على الضغط σ (الشكل 3)، يتم تمثيل تدفق الدمج بواسطة مخططات 1 للحمل الأساسي، 2 للتفريغ، 3 للحمل الثانوي حتى الحد a من امتداد الحمل الأساسي σa و 4 بعد هذا الحد.

مخطط التفريغ 2 ومخطط الضغط الثانوي 3 يشكلان حلقة تباطؤ يتبعها المخطط 4 يستمر في امتداد المخطط 1، دون انقطاع، كما لو لم يكن هناك تفريغ وإعادة تحميل.

الشكل. 4. رسم بياني لتغير معامل المسامية لعينة التربة غير المضطربة

ومع ذلك، إذا أجرينا اختبار مقياس المسافات بنفس الطريقة كما كان من قبل مع عينة غير مضطربة مأخوذة من عمق معين من التربة (الشكل 4)، فإن مخطط الحمل الثانوي 3 سيُظهر كسر σb عند النقطة b عند حمل معين، وبعد ذلك سيكون للمخطط 4 ميل أكبر. حدث هذا الكسر لأن التربة التي أُخذت منها العينة كانت تحت حمل أكبر p=γt من حمل العينة σ في مقياس الأوديوميتر. ينشأ الحمل الأعلى p من وزن طبقات التربة العلوية الموجودة على سطح التضاريس، وهو ما نسميه ضغط التربة، أو من حمل طبقات التربة السابقة التي تم نقلها بمرور الوقت عن طريق التآكل أو التربة الركامية أو الجليد، وهو ما نسميه التحميل المسبق. إن مظهر التماسك المفرط هو سمة خاصة للطين، حيث نميز بين الطين المتماسك عادة والمتماسك بشكل مفرط.

الطين الموحد عادة

يكون الطين المدمج عادةً على أعماق أقل عمقًا تحت سطح الأرض، والذي لم يتم تعريضه مسبقًا للتحميل المسبق. تظهر عينة من هذا الطين، المحملة في مقياس الأوديوميتر بأحمال أكبر من وزن طبقات “ضغط التربة” العليا، تدفقا مستمرا من التماسك، دون انقطاع في مخطط الضغط النسبي أو في مخطط تغير معامل المسامية. إن استقرار هذا الطين تحت حمولة الجسم أمر طبيعي، أي تحت حمل معين، يتناقص التسوية بمرور الوقت.

الطين المتماسك

الطين المتماسك موجود في أعماق أكبر أو تعرض مسبقًا للتحميل المسبق. تظهر عينة من هذا الطين المحملة في مقياس المسافات بضغط أكبر من ضغط التربة أو التحميل المسبق وجود كسر على مخطط الضغط النسبي أو على مخطط تغيير معامل المسامية، ما يسمى. كسر جيولوجي ز، مع تغير قوي في الاتجاه (شكل 5a). يكون استقرار هذا الطين تحت الهيكل صغيرًا بالنسبة للأحمال الموجودة تحت ضغط التربة أو التحميل المسبق σ1، ولكنه يصبح أكبر بشكل ملحوظ بالنسبة للأحمال الأعلى من σ1.

إذا لم يتم تحديد الكسر الجيولوجي بشكل واضح، فسيتم تحديده باستخدام مماسات الرسم التخطيطي (الشكل 5b).

الشكل. 5. رسم بياني للتغيرات في معامل المسامية للطين المتماسك

مخطط تسوية الوقت

يتم الحصول على هذا الرسم البياني، والذي يسمى أيضًا مخطط الدمج، عندما يتم تطبيق الوقت t بالساعات على محور الإحداثي لكل درجة من تحميل العينة في مقياس المسافات، ويتم تطبيق التسوية بالملليمتر (الشكل 6a) أو % من إجمالي التسوية (الشكل 6b) على الإحداثي المحور.

الشكل. 6. مخطط تسوية الوقت

تتصرف التربة غير المرتبطة والمقيدة بشكل مختلف تحت الحمل. تحتوي التربة الرخوة، مثل الرمل، على مسام كبيرة، يتم من خلالها ضغط الماء بسرعة تحت الحمل، بحيث تستقر التربة بسرعة، مع حدوث أكبر تسوية في بداية الحمل والوصول إلى التسوية النهائية عند حمل معين في فترة زمنية قصيرة نسبيًا. تحتوي التربة المتماسكة، مثل الطين، على مسام صغيرة يصعب ضغط الماء منها تحت الحمل. هناك مرحلتان في العملية الزمنية لتسوية التربة المضغوطة. في المرحلة الأولى، مباشرة بعد تطبيق الحمل على التربة، نظرًا لأن الماء لا يمكن أن يتدفق من المسام، تصبح التربة متوترة وتستقبل الحمل المطبق بالكامل. في المرحلة الثانية، يبدأ الماء المسامي المجهد بالدفع للخارج تحت ضغطه الخاص بسبب الحمل، والذي ينتقل تدريجياً إلى جزيئات التربة الصلبة. في هذه المرحلة الثانية، تتجمع الجزيئات معًا وتتقلص المسام. وتستمر عملية الهبوط حتى يتم إجبار الماء المضغوط على الخروج من المسام، أي حتى تنتهي الحالة المجهدة للماء في المسام من الوجود. ولذلك، فإن توحيد التربة هو في المقام الأول مشكلة هيدروديناميكية، والتي تعتمد على نفاذية التربة ومساميتها. في حالة الطين، الذي تكون نفاذيته منخفضة، يمكن أن تستغرق عملية الدمج وقتًا طويلاً جدًا، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون التسويات أكبر بكثير بسبب المسامية الإجمالية الأعلى مما هي عليه في حالة الرمل. على أساس اختبار الدمج، يمكن حساب الدورة الزمنية للتسوية طوال مدة الدمج وفي المراحل الفردية.