آزمایش مکانیک خاک

هدف آزمایش
هدف از انجام این آزمایش تعیین میزان و شدت تحکیم خاک ها، تحت شرایط بارگذاری و زهکشی قائم، درحالت محصور و تنش کنترل شده افزایشی می باشد. بطور کلی این آزمایش برای تعیین پارامتر های موثر در پیش بینی نشست سازه هایی است که بر روی خاک های رسی ساخته شده اند،می باشد
مفهوم تحکیم: به پدیده کاهش حجم توده خاک ، ناشی از افزایش تنش فشاری.
آزمون تحکیم:آزمونی است که داخل حلقه ای به طور جانبی محصور شده وتحت بار عمودی، در بین دوصفحه متخلخل، قرار می گیرد.
بارنشاننده: مقدار بار یا فشار جزئی که بر روی آزمونه اعمال می شود تا صفحه بارگذاری به طور تراز، و ثابت بر روی آزمونه مستقر گردد.
تراکم پذیری: درهم فشرده شدن دانه ها و اجزائ تشکیل دهنده خاک.
تورم: ورم و افزایش حجم توده خاک.
ابزار آزمایش
وسیله بار گذاری
تحکیم سنج
صفحات متخلخل
وسیله تراش آزمونه
وسیله نشان دهنده تغیر شکل
وسیله اندازه گیری زمان
ترازو
اون
ظروف نمونه
وسایر ابزار کمکی
حداقل قطر آزمونه باید 50 میلیمتر باشد.
حداقل ارتفاع آزمونه باید 12میلیمتر باشد.
قطر صفحه متخلخل بالایی باید به اندازه 0.2 تا 0.5میلیمتر کمتر از قطر داخلی حلقه باشد.
صفحات باید تمیز و عاری از ترک ،لب پریدگی و نایکنواختی باشند.
صفحات متخلخل حتما قبل از آزمایش باید در آغوطه ور باشند.
نسبت قطر به ارتفاع نمونه معمولا" بزرگتر از 2.5 می باشد .
نمونه معمولا زیر آب نگه داشته می شود تاحالت اشباع خود را حفظ کند .
برای رسیدن به جواب های دقیق و طبیعی نمونه باید دست نخورده باشد .
قبل از آزمایش باید بطور کلی نمونه اندازه گیری شود اندازه گیری شود.
چک کردن و آبندی سل تحکیم.
آماده کردن نمونه خاک
مقدار اضافی نمونه خاک را پس از قالب گیری در اون می گذاریم و درصد رطوبت را اندازه میگیریم.
مقدار دیگری از خاک اضافی را برای تعییت چگالی کنار می گذاریم.
وزن حلقه تحکیم سنج را اندازه گیری میکنیم.
نمونه خاک را داخل حلقه تحکیم سنج قرار داده و با استفاده از اره سیمی خاک اضافی را برداشته و ابعاد نمونه را یاداشت میکنیم.
سپس وزن حلقه تحکیم سنج با نمونه خاک را یاداشت میکنیم.
سنگ متخلخل تحکیم سنج را از آب اشباع میکنیم.
نمونه خاک را بر روی سنگ متخلخل قرار داده
سپس سنگ متخلخل بالایی را روی نمونه قرار داده
حلقه فلزی را نیز به صفحه پایه تحکیم سنج وصل میکنیم.
اکنون داخل تحکیم سنج را پر از آب میکنیم تا نمونه خاک در آب غوطه ور شود.
تحکیم سنج را روی دستگاه تحکیم قرار می دهیم.
گیج تعیین تغیر شکل قائم را برای اندازه گیری نشست خاک روی تحکیم سنج قرار داده و صفر میکینم و باید طوری کالیبره شده باشد که هر درجه آن برابر 0/00254میلیمتر باشد. بار را روی نمونه اعمال میکنیم و در زمانهای
1440 ، 480 ، 240 ، 120 ، 60 ، 36 ، 25 ، 20/25 ، 12/25 ، 9 ، 6 . 25 ، 4/25 ، 2/25 ، 1 ، 0/25 ، 0
وقتی که دیگر تغیری در اندازه گیری ها دیده نشد، بار تمامی اثر تحکیمی خود را برخاک گذاشته است و میتوان بار بعدی را روی نمونه قرار داد
روز بعد بار نمونه را افزایش داده به نحوی که فشار واده شده به خاک دوبرابر شود.
در نهایت نمونه را از داخل حلقه برداشته و درصد رطوبتش را تعیین می کنیم.

این آزمایش برای چسبندگی خاک در زیر پی و برای پی بردن ماهیت خاک کاربرد دارد.
نشانه خمیری: دامنه ای از درصد رطوبت است که در آن خاک رفتار خمیری دارد. و از نظر عددی برابر است با تفاوت میان حد روانی و خمیری .
نشانه روانی: نسبت (درصد رطوبت خاک منهای حد خمیری آن) به (نشانه خمیری خاک) است که به درصد بیان می شود.
ابزار آزمایش
دستگاه حد روانی
شیار کش
ظروف تعیین رطوبت
کاردک
اون
ترازو
بطری پلاستیکی
تئوری ازمایش
ابتدا فراهم کردن نمونه خاک از محل مورد نظر و داشتن نوع و نحوه درخواست آزمایش .
سپس سه ظرف را وزن کرده برای تعیین درصد رطوبت .
حدود 250 گرم خاکی که در هوا خشک شده و از الک نمره 40 عبور کرده را در ظرف تبخیر قرار می دهیم. مقداری آب اضافه کرده و خاک را چنان مخلوط میکنیم که به صورت یک خمیر یکنواخت در آید.
قسمتی از این خمیر را در جام برنجی دستگاه حد روانی ریخته و با استفاده از کاردک سطح خاک داخل جام را صاف میکنیم بطوری که حداکثر عمق خاک حدود 8 میلیمتر باشد.
با استفاده از شیار کش شیاری در محور تقارن جام می کشیم.
دسته دستگاه را با سرعت ثابت 2 دور در ثانیه میچرخانیم جام برنجی به ارتفاع 10 میلیمتر بالا رفته و رها می شود . این عمل را تکرا میکنیم تا شیار ½ اینچی بسته شود.
حالا اگر تعداد ضربات Nبین 25 تا 35 بود یک نمونه از خاک را جهت تعیین درصد روطوبت در ظرف مخصوص گذاشته و رطوبتش را تعیین میکینم
اگر رطوبت خاک خیلی کم باشد ، N بزرگتر از35 خواهد بود که در این حالت خاک را بر داشته و در ظرف دیگر مقداری آب به آن اضافه کرده و آزمایش را تکرار میکنیم.
در حالت بعدی اگر رطوبت خاک زیاد باشد Nکوچکتر از 25 خواهد بود که در این حالت خاک را از جام برنجی برداشته و بادست یا کاردک ورز داده تا مقداری از رطوبت خاک کاسته شود و سپس آزمایش را تکرار میکنیم تا در فاصله 25 تا 35 ضربه شیار بسته شود.
حالا به خاک آب اضافه کرده و مراحل بالا را برای فواصل 20تا 25 ضربه و 15 تا 20 ضربه انجام می دهیم و از هر سه نمونه مقداری خاک برای درصد روطوبت کنار می گذاریم.

روش دانه بندی شن به وسيله الک
بر اساس استاندارد ملی ایران شماره 302 و دت 206 و ASTM C 136-848
هدف:
تعیین اندازه بزرگترین دانه شن و نحوه توزیع دانه‌های سنگی در اندازه‌های گوناگون جهت مقایسه و تطبیق با منحنی استاندارد.
اهمیت و کاربرد:
دانه بندی و بزرگترین اندازه دانه، روی مقادیر نسبی دانه‌ها، همچنین روی مقادیر مورد نیاز سیمان و آب، کارایی، اقتصادی بودن، تخلخل، آبرفتگی، دوام و پوکی بتن اثر می‌گذارند و هر گونه تغییراتی در دانه بندی می‌تواند روی یکنواختی بتن در هر بار بتن سازی تاثیر گذارد.
استفاده از حداکثر اندازه دانه‌های شن تابع عوامل گوناگونی است که نسبت به شرایط عملی کار از محدودیتی که از طرف استاندارد ملی ایران تعیین گردیده برخوردار می گردد.
طبقه آئین نامه بتن ایران بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه‌های درشت نباید از هیچ یک از مقادیر زیر بیشتر باشد.
الف) یک پنجم کوچکترین بعد داخلی قالب بتن.
ب) سه چهارم حداقل فاصله آزاد بین میلگردها.
پ) یک سوم ضخامت دال.
ت) سه چهارم پوشش روی میلگردها.
از مواد دیگر کاربرد دانه بندی شن، می‌توان از نتایج آزمایش به منظور تطبیق توزیع اندازه دانه‌ها با مشخصات لازم برای مصالح سنگی و همچنین تهیه اطلاعات لازم برای کنترل و تصحیح دانه بندی سنگدانه‌های مختلف و مخلوطهایی که در آنها مصالح سنگی به کار می‌رود را نام برد و همچنین برای تعمیم رابطه بین تخلخل و تراکم نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
با انجام آزمایش دانه بندی و رسم منحنی دانه بندی شن لازم است این منحنی با منحنی استاندارد شن مقایسه گردد و افزایش و کاهش احتمالی آن معین شود تا برای تصحیح آن اقدامات لازم انجام گردد.
وسایل آزمایش:
الکها – الکها باید طوری روی هم چیده شوند تا سنگدانه‌ها هنگام الک کردن، به بیرون پرتاب نشوند – اندازه آنها از بالا به پایین باید به ترتیب زیر باشند.
1/2 1 ، 1 ، 3/4 ، 1/2 ، 3/8 ، 4 ، 8
و زیر الک و درب
دستگاه تقسیم کن
ترازو با دقت 0.5 گرم
اون
لرزاننده مکانیکی الکها – لرزش باید بصورت قائم و افقی به الک منتقل شود بطوریکه دانه‌ها در روی الک به بالا و پایین پریده و بغلطند تا در جهات مختلف روی سطح الک قرار بگیرند.

هدف از انجام این آزمایش تعیین مقاومت برشی سه محوری زهکشی نشده و تحکیم نیافته خاک است. که در معرض فشار همگن و در شرایط زهکشی نشده به صورت برشی گسیخته میشود
ابزار آزمایش
سلول فشار
وسیله ای جهت اعمال نیرو به سلول
اره سیمی
غشا لاستیکی
قالبی استوانه ای برای جلوگیری از انحراف نمونه
قالب نمونه گیر
واشر
گیج اندازه گیری
و سایر ابزار کمکی
روش اجرای آزمون
آزمونه باید استوانه ای بوده و قطر آن کم تر از mm34 و ارتفاع آن 1/8تا2/5 برابر قطر آن باشد.اندازه بزرگترین ذرات نباید از یک ششم قطر آزمونه بزرگ تر باشد.
پوسته محصور کننده باید قبل از استفاده حداقل به مدت 24 ساعت در آب غوطه ور شود.
قبل از آزمون باید بررسی کنید که هیچ نشانه ای از آسیب به هریک از تجهیزاتی وجود نداشته و پیستون به نرمی حرکت کند.
سلول باید بدون اینکه مایع به بیرون نشت کند در برابر فشار مقاومت کند و همچنین سلول باید شفاف باشد.
اماده سازی ازمونه
رطوبت موجود در آزمونه باید در طول فرایند آماده سازی حفظ شود.
برای رسیدن به ابعاد مورد نیاز می توانیم آزمونه را را برش دهیم،به شرطی که آزمونه تغیر شکل پیدا نکند.
جرم،ارتفاع و قطر آزمونه باید قبل از آزمایش اندازه گیری شود.
بررسی پوسته پلاستیکی شکل روی آزمونه

آزمایش لس آنجلس سنگدانه (کوچک اندازه) ، آزمایش تکنولوژی بتن
این آزمایش برای تعیین مقاومت سنگدانه های کوچک اندازه در برابر سایش و ضربه در دستگاه لس آنجلس استفاده می شود
همچنین برای تعیین مقاومت سنگدانه های درشت، بزرگ دانه از دستگاه لس آنجلس اما مطابق با استاندارد ایران شماره 8447 باید استفاده شود.
این استاندارد یک معیاری از تعیین مقاومت سنگدانه معدنی با دانه بندی استاندارد در برابر ترکیبی از عوامل سایش با فرسایش، ضربه و آسیاب شدگی در یک جام فولادی گردان با تعداد مشخصی از گوی های فولادی است، که تعداد گوی ها به دانه بندی آزمونه بستگی دارد.
بر اثر چرخش جام، نمونه و گوی ها به وسیله لبه های فولادی بالا برده شده و با سقوط به سمت مخالف، ضربه ای با اثر خردکنندگی به وجود می آید، سپس محتویات درون استوانه به همراه عمل چرخش، ضربه و کوبش می غلطند تا این که لبه ها، گوی های فلزی و مصالح را بالا برده و چرخه دوباره تکرار شود.
به طور کلی در آزمایش لس آنجلس ، بعد از تعداد چرخش معین، که در استاندارد آمده است، محتویات جام را خالی کرده و بخش سنگدانه را برای تعیین افت وزنی مصالح، الک می کنند.
وسایل آزمایش لس آنجلس
دستگاه لس آنجلس
دستگاه لس آنجلس از نظر شکل کلی مطابق تصویر زیر است. این دستگاه از یک استوانه فولادی توخالی که از دو طرف به یک محور متصل است که به داخل استوانه نفوذ نکرده است، تشکیل شده است. این دستگاه باید طوری مستقر شود که پس از سوار شدن روی پایه ها حول محور افقی دوران کند.

آزمایش بارگذاری صفحه روشی برای تخمین میزان نشست بستر، ناشی از ساخت سازه و یا تعیین ظرفیت باربری نهایی بستر ساختگاه است. واضح است که ایده‌آل ترین حالت برای تعیین نشست بستر ناشی از بار واقعی سازه حالتی است که بار معادل سازه بر سطحی به اندازه شالوده‌ واقعی اعمال شود و میزان نشست اندازه‌گیری شود؛ با توجه به هزینه و مشکلات تامین چنین شرایطی آزمایش بارگذاری صفحه (PLT) با اعمال بار طراحی پیشنهادی بر صفحه‌ای با ابعاد کوچک انجام می‌شود و برای دستیابی به میزان نشست و ظرفیت باربری پی با ابعاد واقعی، از ضرایب تبدیل استفاده می‌شود.
معرفی
آزمایش بارگذاری صفحه (PLT) با هدف اصلی اندازه‌گیری نشست خاک به ازای بارهای مختلف و تعیین ظرفیت باربری بستر ساختگاه پروژه‌های با اهمیت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آزمایش به دو روش کنترل تنش و کنترل تغییر شکل قابل اجرا است. در روش کنترل تنش بار نهایی به صورت تدریجی (Incremental) به صفحه آزمایش وارد می‌شود و در روش کنترل تغییر شکل صفحه آزمایش با سرعت ثابت در زمین فرو رانده می‌شود. مقادیر نشست صفحه در هر مرحله از بارگذاری توسط گیج‌های تعبیه شده در نقاط مناسب واقع بر صفحه ثبت می‌شود. با استفاده از نتایج نشست و ظرفیت باربری حاصل از آزمایش بارگذاری صفحه و روابط تجربی ارائه شده می‌توان به میزان نشست و ظرفیت باربری پی با ابعاد واقعی دست یافت.
مزایا
آزمایش PLT تقریبا برای همه انواع خاک‌ها درسطح یا در تراز پی قابل استفاده است
در خاک‌های سخت، سنگ نرم و شن‌های درشت که امکان نمونه‌گیری و استفاده از آزمایش‌های SPT، CPT، VST وجود ندارد بسیار مفید و کارگشا است
معایب
در اغلب موارد ظرفیت سیستم بارگذاری برای رساندن خاک به حد گسیختگی و تعیین ظرفیت باربری کفایت نمی‌کند
انجام آزمایش PLT در اعماق زیاد و زیر سطح آب مقدور نیست
هزینه اجرای آزمایش PLT بالا بوده و از این جهت صرفا برای پروژه‌های مهم صرفه اقتصادی دارد
امکان نمونه‌گیری از خاک در این روش وجود ندارد
عمقی از بستر که تحت تاثیر بارگذاری صفحه PLT قرار می‌گیرد بسیار کمتر از عمق تحت تاثیر بستر تحت سازه‌ی واقعی است که این مساله می‌تواند باعث خطا در نتایج آزمایش شود
عدم امکان رعایت بندهای اجرایی آیین‌نامه در صورت اجرای آزمایش در داخل چاه و گالری‌ها
به دلیل استفاده از بار مرده و یا ماشین‌آلات سنگین به عنوان تامین کننده نیروی عکس ‌العمل نیاز به زمین مسطح برای انجام آزمایش است
محدودیت استفاده از آزمایش PLT در خاک‌های دارای نشست تحکیمی
کاربرد
محاسبه میزان نشست و ظرفیت باربری بستر
محاسبه مدول الاستیسیته (E) و ضریب عکس‌العمل بستر (Ks)
مقاومت زهکشی نشده خاک‌های چسبنده (Cu)؛ در صورت اجرای آزمایش به روش کنترل تغییر شکل که صفحه بارگذاری با سرعت ثابت در زمین فرو رانده می‌شود

آزمایش تک محوری ، برای تعیین مقاومت فشاری محصور نشده خاک چسبنده در حالت دست نخورده بازسازی شده یا اصلاح شده، با استفاده از اعمال بار محوری، تحت شرایط کنترل کرنش کاربرد دارد. در این روش، یک مقدار تقریبی برای مقاومت خاک چسبنده بر حسب تنش های کل حاصل می گردد.
این روش تنها برای مصالح چسبنده ای مانند رسها یا رس های سیمانته شده قابل استفاده است که در طول بارگذاری، آب از آنها خارج نخواهد شد (آب خارج شده از خاک، ناشی از تغییر شکل یا تراکم است، نه آب خروجی ناشی از فاز تحکیم) و مقاومت ذاتی خود را پس از حذف فشارهای همه جانبه محصور کننده حفظ خواهند نمود. با این روش آزمون، نمی توان مقادیر مقاومت فشاری محصورنشده معتبری برای خاکهای خشک و ترد، مصالح ترک دار یا لایه لایه، لای ها (Silt)، پیت ها (خاکهای نباتی) و ماسه ها به دست آورد.
می توان گفت که این آزمایش، به طور معمول، مختص خاکهای ریزدانه چسبنده است، ولیکن با رعایت نکات فنی و مهندسی، میتوان از آن برای خاکهایی که دارای قوام و ایستایی هستند نیز استفاده نمود.
آزمایش می تواند بر روی نمونه های دست نخورده و یا با داشتن وزن مخصوص و درصد رطوبت، بر روی نمونه های دست خورده نیز انجام گیرد.
شرح مختصری از روش آزمون
مراحل انجام آزمایش، به شرح زیر است.
پس از آماده سازی نمونه، کنترل های درصد رطوبت و وزن مخصوص انجام می شود.
موضوع دست خوردگی و حساسیت، در این آزمایش، بسیار مهم می باشد.
روش متداول در آزمایشات تعیین پارامترهای مقاومت برشی خاک (تک محوری، برش مستقیم و سه محوری)، روش کنترل کرنش می باشد.
عملیات گسیختگی انجام می شود.
آزمایش تک محوری، به عنوان گزارش خروجی، دو نتیجه دارد: یکی دایره موهر مقاومت نهایی و دیگری، منحنی تنش- کرنش، که منجر به استخراج ضریب مدول الاستیسیته خاک می گردد.

هدف از تعیین وزن مخصوص خاک، تعیین درصد کوبیدگی محل است. در واقع هر چه کوبیدگی بیشتر شود، نفوذپذیری کم و مقاومت بیشتر می شود. وزن مخصوص خشك خاك عبارت از نسبت وزن مخصوص مرطوب خاك در محل به در صد رطوبت همان خاك به اضافه 1 مي باشد با تعيين وزن مخصوص خشك خاك مي توان با انجام آزمايش تراكم در آزمايشگاه ميزان قابليت كوبيدگي خاك را درمحل بدست آورد . درراهسازي ، فرودگاهها ، سدهاي خاكي ، جاده هاي درجه 1 و2 وحتي در ساخت پي ابنيه هاي ساختماني ، بدليل اينكه نياز به بستري محكم مي باشد انجام آزمايش ميزان كوبيدگي الزامي مي باشد طبق آيين نامه مي بايست حداقل تراكم راههاي اصلي 95 درصد وحداقل تراكم راههاي روستايي 85 درصد بوده واگر خاكي اين قدرت را نداشته باشد ، خاك ضعيف تلقي شده واز محل خارج شده وبجاي آن خاكي با قابليت تراكم پذيري مقبول جايگزين مي شود .
مراحل اجرای آزمایش
مراحل انجام آزمایش، به شرح زیر است.
کالیبراسیون وزن مخصوص خشک ماسه اتاوا
کالیبراسیون مخروط (محاسبه‌ی وزن ماسه‌ی اتاوای لازم برای پر کردن مخروط و شیار سرصفحه)
مراحل اجرای آزمایش در ساختگاه :
قرار دادن سینی (سر صفحه) در محل آزمایش
حفاری گودال با ابعاد نسبتا کوچک و انتقال با دقت تمام خاک حفاری شده به آزمایشگاه. برای جلوگیری از تغییر رطوبت خاک حفاری شده در حین انتقال به آزمایشگاه باید از ظرف درپوش‌دار استفاده شود
وزن کردن مجموعه مخروط و محفظه حاوی ماسه و قرار دادن آنها بر روی سینی
باز کردن پیچ دریچه محفظه حاوی ماسه و پر شدن گودال از ماسه‌ی اتاوا
بستن پیچ دریچه محفظه - برداشتن و وزن کردن مجدد مجموعه مخروط و محفظه‌ی حاوی ماسه
انجام محاسبات و ارائه نتایج
کاربرد
کنترل صحت انجام عملیات تراکم خاک در پروژه‌های راه‌سازی و سدسازی
اطلاع از میزان تراکم خاک و تعیین ظرفیت باربری ساختگاه در پروژهای ساختمانی