شماره استاندارد آزمایش ASTM D4767, D2850, D7181 هدف تعیین پارامترهای مقاومت برشی کاربرد بر روی تمامی خاک ها قابل انجام است ولی برای خاک های ریزدانه بهتر است از خاک های دست نخورده استفاده شود
آزمایش سه محوری چیست؟
آزمایش سه محوری (Triaxial Compression Test)، به این دلیل که خاک را از محل ضعیف ترین صفحه خود گسیخته می کند، نسبت به آزمایش های دیگر روش پیچیده تر و قابل اعتمادتری برای تعیین مقاومت برشی خاک ها می باشد.
این آزمایش به سه شکل به شرح ذیل انجام می گیرد:
- درحالت تحکیم یافته زهکشی شده (CD): بر روی خاک های دانه ای انجام می شود و مورد استفاده آن پایداری دراز مدت شیب ها و زمین زیر ساختمان ها می باشد.
- درحالت تحکیم یافته زهکشی نشده (CU): از این آزمایش برای مدل کردن شرایط پایداری سدهای خاکی در زمانی که آب پشت سد به سرعت تخلیه شود و سد در مرحله دوم فرصت کافی برای زهکشی نداشته باشد، استفاده می شود.
- درحالت تحکیم نیافته زهکشی نشده (UU): این آزمایش در شرایطی انجام می شود که شیر زهکشی در تمام مراحل بسته است و آزمایش بلافاصله بعد از نصب سلول فشار آغاز می شود. مورد استفاده آن در پایداری کوتاه مدت شیب ها است.
روش انجام آزمایش سه محوری:
روند کلی:
روند کلی این آزمایش خاک به این صورت است که یک نمونه خاک، که اغلب ارتفاع آن دو برابر قطر آن است، درون محفظه ای قرار گرفته و سپس تحت تاثیر یک فشار همه جانبه قرار می گیرد. در این حالت اگر قصد تحکیم نمونه را داشته باشیم شیرهای خروج آب باز نگه داشته می شوند تا نمونه تحکیم شود و فشار منفذی به صفر برسد. پس از این مرحله با اعمال بار قائم نمونه به گسیختگی می رسد. در این حالت اختلاف بار قائم و بار همه جانبه که به تنش انحرافی معروف است باعث گسیختگی نمونه می شود. در صورتی که قصد زهکشی نمونه وجود داشته باشد، در این مرحله نیز شیرهای خروج آب باز نگه داشته می شود.
این آزمایش با فشارهای جانبی مختلف انجام می شود سپس دوایر موهر حاکم بر هرکدام از آزمایش ها در یک دستگاه مختصات ترسیم شده و پوش این دوایر ترسم می گردد، شیب این خط زاویه اصطکاک داخلی خاک و عرض از مبداء آن چسبندگی خاک می باشد.
در این آزمایش، فشار همه جانبه نماینده فشار جانبی خاک در محل است و معمولا معادل مقدار تقریبی K0γz انتخاب می شود که K0 ضریب فشار جانبی خاک در حالت سکون، γ وزن مخصوص المان خاک و z عمق المان در این آزمایش است.
همان طور که پیشتر اشاره شد، در این آزمایش نمونه ای از خاک با مشخصات استاندارد برداشته شده، یک غشاء ظریف و نازک دور آن کشیده می شود و سپس در داخل محفظه استوانه شکلی از جنس پلاستیک یا شیشه که معمولا مملو از آب یا گلیسیرین است، قرار می گیرد (البته گاهی نیز از هوا استفاده می شود.) برای آنکه نمونه تحت برش گسیخته شود یک تنش محوری، تنش انحرافی، از طریق یک بازوی قائم که برای اعمال بار نصب شده، به نمونه اعمال می شود.
کنترل تنش یا کنترل کرنش؟
به طور کلی آزمایش‌ها به دو صورت انجام می‌گیرند:
- کنترل تنش (با اضافه کردن وزنه‌هایی با گام مساوی تا لحظه گسیختگی نمونه)
- کنترل کرنش (اعمال تغییر شکل با سرعت ثابت به وسیله پرس هیدرولیک تا لحظه گسیختگی نمونه). در این روش مقدار بار محوری وارده مربوط به یک تغییر شکل محوری مشخص با یک حلقه یا سلول اندازه‌گیری نیرو که بر روی بازوی دستگاه نصب شده است، اندازه‌گیری می‌شود.
همانطور که پیشتر گفته شد، آزمایش سه محوری را به سه روش می توان انجام داد:
روش آزمایش سه محوری تحکیم نیافته زهکشی نشده (سریع یا UU):
در آزمایش سه محوری سریع ابتدا به وسیله جک نمونه گیر را داخل لوله خاک (این لوله خاک قبلا به وسیله دستگاه حفاری از محل مورد نظر برداشته شده و به آزمایشگاه آورده شده‌است) کرده و پس از صاف کردن دو سمت آن، نمونه مورد آزمایش را از داخل نمونه گیر خارج میکنیم ( برای خاک چسبنده و ریز دانه) و از این نوع نمونه حداقل سه عدد تهیه می‌نماییم.
برای خاک دانه ای می‌توان در قالب های مخصوص خاک را ریخته و متراکم کرده تا به تراکم در محل برسد و سپس نمونه را داخل غشاء گذاشت. در خاکهای غیر حساس هم می‌توان نمونه را دوباره سازی نمود.
روش انجام:
همچنین برای تعیین درصد رطوبت، نمونه ای برداشته و در فر می‌گذاریم. سپس نمونه را دقیقا وزن کرده و ابعاد آنرا اندازه می‌گیریم و نمونه را بوسیله قالب مخصوص و دستگاه خلا داخل غشاء لاستیکی می‌گذاریم. نمونه را دقیقا در محل خود قرار داده، سلول را روی آن گذاشته و گیره‌های سلول را می‌بندیم. در مرحله بعد از سوراخ بالای سلول آن را به گونه ای پر از آب میکنیم که هوایی داخل سلول نماند. سپس پیچ سوراخ آب را بسته و میله بالای سلول را پایین می‌آوریم تا بین استوانه زیر رینگ و قاب زیرین تماس برقرار شود. بعد از تراز کردن دستگاه، فشار جانبی را که توسط سیستم جیوه و آب و لوله‌های مرتبط تامین می‌شود بر نمونه وارد میکنیم. این عمل با باز کردن شیر آب انجام می‌شود.
آنگاه دستگاه را روشن کرده تا با سرعت یک میلیمتر بر دقیقه بالا آمده و اندازه‌گیر نیرو شروع به حرکت نماید. در این حالت دستگاه را خاموش می کنیم. پس از صفر کردن دو اندازه‌گیر و تغییر شکل دستگاه را مجددا روشن میکنیم و در هر دور تغییر شکل میزان نیرو را می‌خوانیم. قرائت اندازه گیر نیرو همان نیرو در لحظه فوق الذکر است. این عمل را ادامه می دهیم تا نمونه شکسته شود. یعنی اندازه گیر نیرو برگردد یا نمونه خمیری شود. نقطه شکست، 20 درصد تغییر شکل نمونه خواهد بود. در نهایت این عمل را با فشارهای جانبی مختلف برای سه نمونه انجام می دهیم و نتایج را برای هر نمونه یادداشت میکنیم. پس از اتمام آزمایش نمونه را درآورده و وزن میکنیم. نمونه نباید افزایش وزن داشته باشد.
آزمایش تحکیم یافته زهکشی نشده (CU):
در آزمایش سه محوری CU ابتدا فشار جانبی آرام آرام وارد می شود. سپس شیر زهکشی را باز می‌گذاریم تا آب خارج شود و نمونه به 100 درصد تحکیم برسد. آنگاه شیر زهکشی را می بندیم و تا این لحظه فشار تماما موثر می‌باشد. سپس فشار محوری را وارد می‌نمائیم تا نمونه بشکند.
آزمایش تحکیم یافته زهکشی شده (CD):
در تمام مدت آزمایش شیر زهکشی باز است. یعنی هم 3 σ و هم σ1 فشارهای موثر خواهند بود. از این آزمایش بعنوان تحکیم نمونه نیز می‌توان استفاده کرد ولی این عمل برای خاکهای ریز دانه خیلی طول می‌کشد. اشباع کردن نمونه، اگر نمونه اشباع نباشد، مشابه تحکیم در همان فشار همه جانبه معادل فشار جانبی وارده در محل اتفاق می‌افتد.
گروه مهندسی سانا پی، با بهره‌گیری از دانش فنی و اجرایی و با تیمی متشکل از مهندسین و فارغ‌التحصیلان دانشگاه‌های برجسته کشور، در زمینه صنعت ساختمان، حرفه‌ای‌ترین خدمات را ارائه می‌دهد. این مجموعه از ابتدا، خدمات آزمایشگاهی، مدیریت پروژه و طراحی خود را با استفاده از آخرین استانداردها و روش‌های اجرایی و با بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته و برقراری ارتباط فعّال با دانشگاه‌ها و سایر ارگان‌های علمی کشور انجام داده و توانسته است به‌عنوان یکی از پیشتازان در عرصه مهندسی و ساختمان شناخته شود.
آزمایش و بهسازی خاک، پایداری سازدی گود، مطالعات تکمیلی، عملیات خفاری و آموزشهای تکمیلی برخی از خدمات این شرکت می باشند.
مطالب مرتبط:
