تعیین تراکم پذیری خاک

نکته تخصصی مهم: این مقاله یک بررسی آموزشی آرشیوی است و یک مطالعه ژئوتکنیکی، یک استاندارد آزمایشگاهی معتبر، یک محاسبات فونداسیون یا یک دستورالعمل نیست. اصطلاحات، رویه‌ها، واحدهای اندازه‌گیری، مقادیر، طبقه‌بندی‌ها و ارجاعات اولیه به «مقررات ما» بدون بررسی انطباق با استانداردها و مقررات قابل اجرا منتقل شدند. آزمایش خاک، انتخاب روش، تفسیر نتایج و تصمیمات پروژه باید توسط کارشناسان مجاز ژئوتکنیک و آزمایشگاه مناسب برای یک شی و مکان خاص انجام شود.

موضوع تراکم پذیری خاک بخشی از پیشنهاد عمومی جدید ساوو کوسیچ نیست. تمرکز فعلی تولید شامل پنجره‌های چوبی، پنجره‌های چوبی-آلومینیومی و درب‌های سفارشی است. برای یک پروژه پنجره یا درب خاص، می توانید درخواست قیمت را ارسال کنید.

اساس آزمایش ادومتر

تراکم پذیری خاک با آزمایش تراکم با انبساط جانبی جلوگیری شده تعیین می شود که به آن تست ادومتر یا تست تحکیم نیز می گویند.

این آزمایش با نمونه های دست نخورده و در برخی موارد با نمونه های آشفته انجام می شود. در حالت اول، نمونه آزمایشی با فشار دادن حلقه‌های فلزی به یک نمونه بزرگ‌تر و دست نخورده گرفته می‌شود که پس از بریدن نمونه اضافی و تسطیح سطوح آن با لبه‌های سیلندر، به همراه حلقه به دستگاه وارد می‌شود. در حالت دوم، حلقه با نمونه در حالت قوام در نقطه تسلیم پر شده و در آن حالت به داخل ادومتر وارد می شود.

آزمایش با استفاده از دستگاهی انجام می‌شود که اولین بار توسط ترزاقی ساخته شد و اودومتر نام داشت. امروزه چندین ساختار مختلف از این دستگاه وجود دارد، اما همه آنها بر اساس یک اصل هستند، آزمایش فشرده سازی نمونه خاک تحت بار با جلوگیری از انبساط جانبی.

دورسنج: توضیحات دستگاه

شکل. 1. _ کیلومتر شمار_

ادومتر از یک استوانه فلزی تشکیل شده است که نمونه در آن بین دو سنگ فیلتر قرار دارد (شکل 1). نمونه در یک حلقه فلزی به قطر 7-10 cm ​​و ارتفاع 1-4 cm وارد دستگاه می‌شود. بار P از طریق سنگ فیلتر بالایی به نمونه منتقل می شود. در زیر سنگ فیلتر پایینی، کانال هایی در پایین سیلندر برای تخلیه آب از نمونه به لوله مویین و همچنین برای تامین آب وجود دارد. از آنجایی که فشرده سازی نمونه به هزینه منافذ انجام می شود، زیرا ذرات جامد خاک و آب موجود در منافذ عملاً تراکم ناپذیر هستند، در حین آزمایش لازم است از خروج آب از نمونه اطمینان حاصل شود که این امر با استفاده از سنگ فیلتر، کانال و لوله مویین امکان پذیر می شود.

در سمت چپ دستگاه یک لوله تامین آب با یک شیر در جلوی سیلندر قرار دارد در حالی که یک لوله مویین در سمت راست قرار دارد و یک شیر در پشت سیلندر قرار دارد. لوله مویین نیز برای تعیین ضریب نفوذپذیری خاک k استفاده می شود.

امتحان

هنگامی که نمونه در سیلندر قرار گرفت و دستگاه مونتاژ شد، شیر سمت چپ، منبع آب را ببندید و شیر سمت راست را باز کنید تا آب به داخل لوله مویین جریان یابد. سپس به بار نمونه نزدیک می شود که به تدریج اعمال می شود. معمولاً بارهای زیر اعمال می شود:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00kp/cm2و بیشتر تا بالاترین بار خاک مورد انتظار در زیر ساختمان، عمدتا تا10kp/cm2، و با سدها می تواند حتی بیشتر شود20kp/cm2. در هر سطح از بار، در لحظه اعمال آن، کرونومتر و در فواصل زمانی معینی راه اندازی می شود15“،30“،1’،2’،5’،15’،45’،2ساعت5ساعت24h، سپس هر چه بیشتر24h، تا زمان تجمیع نمونه در آن سطح بار، نشست مربوطه بر حسب هزارم میلی متر بر روی مقایسه کننده خوانده شده و در رکورد ثبت می شود. اگر تسویه نمونه Δh ≤ باشد، تلفیق در نظر گرفته می شود.0,02 mmبرای زمان24ساعت پس از تثبیت، سطح بعدی بار اعمال می شود و کل روش به همین ترتیب تکرار می شود و به همین ترتیب تا سطح نهایی بار ادامه می یابد.

آزمایش تحکیم با جلوگیری از انبساط جانبی با بارگیری و تخلیه به منظور تعیین خواص کشسانی خاک انجام می شود. پس از بارگیری نمونه تا حد مشخصی، آن را با همان تدریجی که بارگذاری کردیم، آن را تخلیه می کنیم. تسکین معمولاً بعد از آن انجام می شود2,0kp/cm2،4,0kp/cm2و6,0kp/cm2.

به عنوان یک قاعده، آزمایش با نمونه زیر آب انجام می شود که روی لوله شیشه ای سمت چپ در ارتفاع سطح بالایی نمونه در دستگاه نگه داشته می شود. آزمایش تراکم پذیری نمونه در مجاورت آب به همین دلیل انجام می شود، زیرا آزمایش زمان زیادی می برد و نمونه در این مدت خشک می شود که در نتیجه تراکم پذیری نمونه کمتر از تراکم پذیری واقعی خاک در حالت رطوبت طبیعی آن خواهد بود. علاوه بر این، رطوبت طبیعی خاک ممکن است بیشتر از زمان نمونه برداری باشد، به خصوص زمانی که سطح آب زیرزمینی بالا می رود، که می تواند منجر به انحراف قابل توجهی از تراکم پذیری واقعی خاک در طول دوره زمانی سطح بالای آب شود.

نتایج آزمایش بر روی سه نوع نمودار، یعنی نمودار تراکم نسبی، نمودار تغییر ضریب تخلخل و نمودار نشست زمانی اعمال می‌شود.

نمودار فشرده سازی نسبی

این نمودار زمانی به دست می‌آید که فشار معمولی روی نمونه بر روی محور آبسیسا σ = P/A اعمال می‌شود، که در آن P باری است که از طریق سنگ صافی بالایی بر روی نمونه وارد می‌شود بر حسب kp/cm2، A در سطح مقطع یا سطح نسبی دستگاه، سطح مقطع و سطح نسبی دستگاه است. فشرده سازی Δh/h که در آن Δh نشست نمونه تحت بار Δσ در حین ادغام، h ارتفاع نمونه قبل از بارگذاری است (شکل 2).

شکل. 2. نمودار فشرده سازی نسبی

در حین بارگذاری، نمودار فشرده سازی اولیه a.

در هنگام تخلیه، اگر آبگیری بدون مانع فعال باشد، به طوری که نمونه در حین تخلیه زیر آب بماند، به حالت اولیه خود یعنی تورم باز می گردد. با این حال، نمونه به حالت اولیه خود باز نمی گردد، به این معنی که علاوه بر الاستیک، دچار تغییر شکل پلاستیکی (دائمی) نیز شده است. بنابراین در این حالت نمودار تورم b در هنگام تخلیه به دست می آید. اما اگر آزمایش بدون دریافت آب انجام شود، به جای نمودار تورم، به اصطلاح نمودار الاستیسیته می‌گویند.

اگر نمونه پس از تخلیه دوباره بارگیری شود، نمودار فشرده سازی ثانویه c به دست می آید. نمودار تورم و نمودار فشرده سازی ثانویه c یک حلقه هیسترزیس بین آنها تشکیل می دهند. در خاک رس، حلقه های پسماند قابل توجه است و بنابراین تغییر شکل در ناحیه تورم و فشار ثانویه (نمودارهای b و c) الاستیک در نظر گرفته نمی شود، بلکه قابل برگشت است، زیرا مطابق با قانون هوک متناسب با بار نیستند. تغییر شکل در ناحیه فشرده سازی اولیه (نمودار a) در قسمتی که برنگشته است دائمی (غیرقابل برگشت) است.

ماژول تراکم پذیری خاک

از نمودار تراکم نسبی، طبق قانون هوک به طور مشابه مدول الاستیسیته یونگ E برای یک ماده الاستیک، مدول تراکم خاک Ms

Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2]،

جایی که Δσ افزایش بار است، Δh/h فشرده سازی نسبی مربوطه، که از نمودار فشرده سازی اولیه a گرفته شده است (شکل 2).

مدول تراکم خاک Ms با مدول الاستیسیته E یک ماده کشسان متفاوت است، زیرا Ms برای یک ماده ثابت نیست اما متغیر است و با بار نرمال σ افزایش می یابد. بنابراین، یک مقدار مشخص از مدول تراکم Ms را می توان تنها برای یک بازه باریک از بار نرمال خاک Δσ داد. اگر مقدار ماژول Ms بیشتر باشد، تراکم پذیری خاک کمتر است و بالعکس. طبق مقررات پایه ما، معیار زیر برای مدول تراکم پذیری خاک در حالت طبیعی آن اتخاذ شده است:

طبقه‌بندی زیر از متن اصلی، شامل بازه مکرر 100-400 kp/cm2 منتقل شده است. بررسی یا هماهنگی با مقررات جاری انجام نشده است.

Ms = 0 - 20 kp/cm2 خاک فوق العاده قابل تراکم

Ms = 20 - 50 kp/cm2 خاک بسیار قابل تراکم

Ms = 50 - 100 kp/cm2 خاک متوسط تراکم پذیر

Ms = 100 - 400 kp/cm2 خاک کمتر تراکم پذیر

Ms = 100 - 400 kp/cm2 خاک کمی تراکم پذیر

Ms = 400 - 1000 kp/cm2 خاک کمی تراکم پذیر

Ms > 1000         kp/cm2 خاک قابل تراکم بسیار کم.

ماژول الاستیسیته خاک

به همین ترتیب مدول الاستیسیته خاک E را بدست می آوریم:

E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2]،

که در آن افزایش فشار نسبی Δh/h از نمودار کشش خاک برای افزایش فشار نرمال متناظر Δσ. گرفته شده است.

خاک معمولی یکپارچه و بیش از حد تحکیم

Sl.3. نمودار تغییرات ضریب تخلخل نمونه خاک آشفته

اگر آزمایش بادسنج را با یک نمونه آشفته انجام دهیم که آن را در نقطه تسلیم وارد دستگاه کرده ایم و نتایج آزمایش را بسته به فشار σ بر روی نمودار تغییر ضریب تخلخل e رسم کنیم (شکل.3) جریان ادغام با نمودارها نشان داده می شود 1 برای بار اولیه، 2 برای تسکین، 3 برای بار ثانویه تا حد a از پسوند بار اولیه σa و 4 فراتر از این حد.

نمودار تخلیه 2 و نمودار فشرده سازی ثانویه 3 یک حلقه پسماند تشکیل می‌دهند که در پشت آن نمودار 4 در پسوند نمودار 1 ادامه می‌یابد، به گونه‌ای که بدون شکستگی وجود داشته باشد، بارگیری مجدد.

شکل. 4. نمودار تغییر ضریب تخلخل نمونه خاک دست نخورده

اما، اگر آزمایش بادسنج را به همان روش قبلی با نمونه دست نخورده گرفته شده از عمق معینی از خاک (شکل 4) انجام دهیم، نمودار بار ثانویه 3 در یک بار معینی در نقطه شکست در نقطه ی ba,b_ نشان داده می شود. 4 شیب بیشتری خواهد داشت. این شکستگی به این دلیل رخ داد که خاکی که نمونه از آن گرفته شد، تحت بار بیشتری p=γt نسبت به بار نمونه σ در ادومتر بود. بار بیشتر p از وزن لایه‌های بالایی خاک به سطح زمین که ما آن را فشار خاک می‌نامیم، یا از بار لایه‌های قبلی خاک که در طول زمان توسط فرسایش یا از خاک مورن یا یخ منتقل می‌شود، نشات می‌گیرد که به آن پیش بار می‌گوییم. ظاهر تثبیت بیش از حد مشخصه خاک رس است، جایی که ما بین خاک رس معمولی و بیش از حد تحکیم تمایز قائل می شویم.

رس معمولی تلفیقی

خشت به طور معمول تثبیت شده در اعماق کم‌تر زیر سطح زمین است که قبلاً در معرض بارگذاری اولیه نبوده است. نمونه ای از این خاک رس که در بادسنج با بارهای بیشتر از وزن لایه های “فشار خاک” بالایی بارگذاری شده است، جریان پیوسته تحکیم را نشان می دهد، بدون شکست در نمودار تراکم نسبی یا در نمودار تغییر ضریب تخلخل. نشست این خاک رس در زیر بار جسم طبیعی است، یعنی در یک بار مشخص، نشست به مرور زمان کاهش می یابد.

خاک رس بیش از حد تحکیم

خشت بیش از حد تحکیم شده در اعماق بیشتر است یا قبلاً در معرض پیش بارگذاری قرار گرفته است. نمونه ای از این خاک رس بارگذاری شده در بادسنج با فشاری بیشتر از فشار یا پیش بار خاک، شکستگی را در نمودار تراکم نسبی یا روی نمودار تغییر ضریب تخلخل، به اصطلاح نشان می دهد. شکستگی زمین شناسی g، با تغییر جهت قوی (شکل 5a). نشست این رس در زیر سازه برای بارهای زیر فشار خاک یا پیش بار σ1 کم است، اما برای بارهای بالاتر از σ1 به طور قابل توجهی بزرگتر می شود.

اگر شکستگی زمین شناسی به وضوح تعریف نشده باشد، آنگاه با استفاده از مماس بر نمودار تعیین می شود (شکل 5b).

Sl.5. نمودار تغییرات ضریب تخلخل خاک رس بیش از حد تحکیم

نمودار تسویه زمانی

این نمودار که نمودار تثبیت نیز نامیده می‌شود، زمانی به دست می‌آید که برای هر درجه از بارگذاری نمونه در ادومتر، زمان t بر حسب ساعت به محور آبسیسا و نشست بر حسب میلی‌متر به محور ارتین اعمال شود.6الف) یا بر حسب درصد کل سکونت (شکل.6ب).

Sl.6. نمودار تسویه زمانی

خاک های غیرمحصولی و محدود تحت بار رفتار متفاوتی دارند. خاک های سست مانند ماسه دارای منافذ بزرگی هستند که آب به سرعت تحت بار از آن خارج می شود، به طوری که خاک به سرعت ته نشین می شود و بیشترین نشست در ابتدای بارگیری رخ می دهد و در یک بار معین در فاصله زمانی نسبتاً کوتاهی به نشست نهایی می رسد. خاک های منسجم مانند خاک رس دارای منافذ کوچکی هستند که به سختی آب از آنها تحت بار فشرده می شود. در فرآیند زمانی نشست خاک فشرده دو مرحله وجود دارد. در مرحله اول بلافاصله پس از اعمال بار به خاک، چون آب نمی تواند از منافذ خارج شود، تحت تنش قرار می گیرد و کل بار وارد شده را دریافت می کند. در مرحله دوم آب منفذی تحت تنش در اثر بار وارده تحت تنش خود شروع به بیرون راندن می کند که به تدریج به ذرات جامد خاک منتقل می شود. در این مرحله دوم، ذرات به هم می رسند و منافذ کوچک می شوند. فرآیند فرونشست تا زمانی ادامه می یابد که آب تحت فشار از منافذ خارج شود، یعنی تا زمانی که حالت تنش آب در منافذ وجود نداشته باشد. بنابراین، تحکیم خاک در درجه اول یک مشکل هیدرودینامیکی است که به نفوذپذیری و تخلخل خاک بستگی دارد. در مورد خاک رس که نفوذپذیری آن کم است، فرآیند تحکیم می تواند زمان بسیار زیادی را به طول بینجامد و علاوه بر این، به دلیل تخلخل کلی بالاتر نسبت به ماسه، نشست می تواند به طور قابل توجهی بیشتر باشد. بر اساس آزمون تلفیق، محاسبه دوره زمانی تسویه حساب می تواند برای کل مدت تلفیق و در فازهای جداگانه انجام شود.