محاسبه پارامترهای مقاومتی خاک

آزمایش مقاومت برشی خاک: محاسبه پارامترهای مقاومتی خاک
مقاومت برشی خاک اهمیت بسیار زیادی در تحلیل و طراحی سازه های خاکی دارد. از این رو، روش های زیادی نیز برای اندازه گیری برجا و آزمایشگاهی پارامترهای مقاومت برشی (چسبندگی و زاویه اصطکاک) ارائه شده اند.

از متداول ترین آزمایش های برجا برای اندازه گیری پارامترهای مقاومت برشی خاک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• «آزمایش برش پره» (Vane Shear Test) یا آزمایش VST.
• «آزمایش نفوذ استاندارد» (Standard Penetration Test) یا آزمایش SPT.
• «آزمایش نفوذ مخروط» (Cone Penetration Test) یا آزایش CPT.
• «آزمایش فشارسنجی» (Pressure-Meter test) یا آزمایش PMT.

تمام آزمایش های بالا دارای کاربرد و مزیت مختص به خود هستند. با این وجود، آزمایش نفوذ مخروط به عنوان دقیق ترین روش برجا برای تعیین پارامترهای مقاومتی شناخته می شود.

پرکاربردترین روش های آزمایشگاهی برای اندازه گیری چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک عبارت هستند از:

• «آزمایش برش مستقیم» (Direct Shear Test): برای خاک های ماسه ای.
• «آزمایش فشار محصور نشده» (Unconfined Compression Test) یا آزمایش فشار تک محوری: فقط برای خاک های رسی.
• «آزمایش برش ساده» (Simple Shear Test).
• «آزمایش برش سه محوره» (Triaxial Shear Test): ترجیحا برای خاک های رسی.

از بین موارد بالا، آزمایش برش مستقیم از رواج بیشتری برخوردار است.

آزمایش نفوذ مخروط:
آزمایش CPT، یکی از روش های پرکاربرد و دقیق برای اندازه گیری برجای خصوصیات ژئومکانیکی خاک و تعیین چینه شناسی آن است.

این آزمایش مطابق با دستورالعمل استاندارد ASTM D3441 اجرا می گردد. آزمایش CPT با عنوان آزمایش مخروط هلندی نیز شناخته می شود. تصویر زیر، تجهیزات و نحوه اجرای آزمایش نفوذ مخروط را نمایش می دهد.

در این آزمایش، ابتدا گمانه ای با عمق مشخص درون زمین حفر شده و میله ای با انتهای مخروطی به درون زمین فشار داده می شود.

عمق حفاری و نفوذ باید به گونه ای باشد که میله از سطح آب زیرزمینی عبور کند. به منظور اندازه گیری پارامترهای مقاومتی در این آزمایش، از دستگاه هایی نظیر نفوذسنج و فشارسنج استفاده می شود.

با مشخص بودن مقاومت نوک مخروط و جداره آن می توان پارامترهای به دست آمده را به پارامترهای مقاومتی خاک تبدیل کرد.

آزمایش برش مستقیم:
آزمایش برش مستقیم، متداول ترین روش اندازه گیری پارامترهای مقاومتی خاک است. این آزمایش مطابق با استاندارد ASTM D3080 اجرا می شود. تصویر زیر، تجهیزات مورد استفاده برای اجرای آزمایش برش مستقیم را نمایش می دهد.

در این آزمایش، نمونه خاک درون جعبه برش قرار می گیرد. سپس با بخش بالایی جعبه تا رخ دادن شکست، حرکت داده می شود. اندازه گیری بارهای لحظه شکست توسط دو گیج عمودی و افقی صورت می گیرد.

آزمایش دانه بندی خاک: رسم منحنی توزیع دانه بندی خاک:
آزمایش های مختلفی برای تعیین توزیع دانه بندی خاک وجود دارد. از متداول ترین آزمایش های دانه بندی خاک می توان به آزمایش الک و هیدرومتری اشاره کرد. در ادامه، روند اجرای هر یک از این آزمایش ها را به طور خلاصه توضیح می دهیم.

آزمایش الک:
آزمایش الک، یکی از متداول ترین روش های تعیین توزیع ابعاد ذرات خاک های درشت دانه در آزمایشگاه مکانیک خاک است.

این آزمایش ساده و کم هزینه مطابق با استانداردهای ASTM C136 و AASHTO T27 اجرا می شود.

از تجهیزات اصلی مورد استفاده در آزمایش الک می توان به الک های نمره 4 (قطر مش 4.75 میلی متر) تا 200 (قطر مش 75 میکرومتر) و شیکر اشاره کرد.

روند کلی آزمایش الک به صورت زیر است:

• روی هم قرار دادن الک ها (نمره 200 در پایین و کاهش نمره با چیدن به سمت بالا).
• برداشتن نمونه معرف خاک و ریختن آن بر روی الک نمره 4.
• جانمایی الک ها بر روی شیکر و روشن کردن آن.
• خاموش کردن شیکر پس از 3 الی 5 دقیقه.
• اندازه گیری وزن درات باقی ماند بر روی هر الک و یادداشت کردن آن ها به صورت تجمعی.
• رسم نمودار توزیع دانه بندی.

آزمایش هیدرومتری:
آزمایش هیدرومتری، متداول ترین روش تعیین توزیع دانه بندی برای خاک های ریزدانه (زیر 50 میکرو) است. این آزمایش مطابق با استاندارد ASTM D7928 اجرا می گردد.

به دلیل، دشوار بودن الک کردن ذرات بسیار ریز، توزیع ابعاد ذرات لای و رس توسط وسیله ای به نام هیدرومتر و بر اساس قانون استوکس در ته نشینی ذرات اندازه گیری می شود.