تحقیق تعيين مشخصات خاك (ژئوتكنيك )

مقدمه

در رشته مكانيك خاك و مهندسي پي يا ( ژئوتكنيك ) ، تعيين مشخصات خاك تعريفي از چگونگي رفتار و ويژگيهاي خاك از اهميت زيادي برخوردار است . در كارهاي عمومي كه غالباً با خاك سروكار داشته و مجبور به تصرف در وضعيت موجود آن هستيم ، لازم است توانايي خاك براي تحمل بارهاي وارده از سوي ما و نيز قابليت آن به عنوان يك مصالح در روبرو شدن با حالات و شرايط متفاوت مورد بررسي و ارزيابي قرار گيرد . تمام اين مطالب ما را به تعريف آزمايشهايي براي تعيين خواص مكانيكي و مقاومتي خاك و نيز احياناً ويژگيهاي فيزيكي آن رهنمون مي سازد كشورهاي مختلف سعي كرده اند آزمايشهاي لازم را بصورتي ثابت تعريف كنند تا قابل استفاده در محلهاي مختلف باشد و بتوان از نتايج آن براي مقايسه و نيز انجام كارهاي پژوهشي سود و نيز از خطاهاي دستگاهي و … احتراز جست . اكنون تقريباً اين آزمايشها به صورت ثابتي تعيين شده اند ، اگر چه ، پيشرفت تكنيك حساسيت ، دقت و يا سرعت آنها افزايش يافته است ولي تغييرات زيادي پيدا نكرده اند . البته ممكن است براي موارد خاصي ، آزمايشهاي خاصي نيز ابداع شود . به هر حال در اين كتاب با توجه به نيازهاي پروژه هاي عمراني درگير با خاك بهتعيين ويژگيهاي مقاومتي خاك ، آزمايشهايي ذكر شده است . اين آزمايشها عمدتاً آزمايشگاهي و بنابراين كوچك مقياس بوده و برروي نمونه هاي كوچكي از خاك انجام شده و مشخصات لازم را تعيين مي كنند . در كنار اين آزمايشها ، آزمايشهاي صحرايي نيز وجود دارند كه در پروژه هاي مهم و حساس وجود آنها ناگزير و به طور كلي نتايج اطمينان بخش تري را به ما خواهند داد .

هر چند هزينه انجام آنها قابل مقايسه با نمونه ها‌ي آزمايشگاهي نيست .

در اين كتاب دانشجو با اين آزمايشها آشنا خواهد شد و با تمرين و انجام آنها به توانايي نسبتاً خوبي در انجام آزمايش و تحليل نتايج آن دست خواهد يافت . البته دانشجو بايد چگونگي استفاده از اين نتايج را در امر طراحي نيز بياموزد . كتب نظري مكانيك خاك و مهندسي «‌پي » تا حدود زيادي وي را در اين امر ياري خواهند كرد .

اساس اين كتاب بر محور كتابي است از Braja M.Das به نام

Soil Mechanics Laboratory Manual

كه سه فصل (18.19.20) بر‌آن افزوده شده است . ضمناً با توجه به وجود نرم افزار كامپيوتري در كتاب فوق تصميم گرفته شد كه بهمراه اين كتاب در صورت تمايل نرم افزار مذكور نيز در اختيار علاقه مندان قرار گيرد .

اميد است اين تلاش مورد استفاده دانشجويان محترم و عزيز اين مرز و بوم الهي قرار گيرد و در ارتقاء دانش آنها موثر و مفيد افتد .

آزمايشهاي آزمايشگاهي و تهية گزارش

آزمايشهايي كه در آزمايشگاه برروي خاك براي تعيين خواص فيزيكي آنها انجام مي شود ،بخش لازمي براي طراحي و اجراي پي سازه ها ، تعيين ويژگي و نيز بهبود اين خواص و كنترل مشخصات و ميزان تراكم خاك محسوب مي شوند . بايد به خاطر داشت كه خواص فيزيكي رسوبات طبيعي خاك در فاصله حتي چند صد متر يا فوت تغييرات عمده‌اي دارند . روابط تئوريك و تجربي اساسي و اصلي كه در مكانيك خاك استفاده مي شوند در كارهاي عملي نيز صرفاً وقتي استفاده مي شوند كه پارامترهاي فيزيكي مورد اشاره اي كه بايد در اين روابط به كار روند ، در آزمايشگاه به دست آمده باشند . لذا ، اطلاع و آموختن روش انجام اين آزمايشها برروي خاك در آزمايشگاه ، نقش مهمي در حرفة مهندسي ژئوتكنيك دارد .

استفاده از دستگاه ها و وسايل آزمايشگاهي

از حيث قيمت ، قيمت اين دستگاه همواره متغير بوده است . براي آنكه نتايج خوبي داشته باشيم بايد اين دستگاه ها به خوبي نگهداري شوند . كاليبره كردن اجزاي آنها مانند ترازوها و حلقه هاي بارگذاري ، بايد بطور مداوم كنترل شود . لازم است تمام وسايل قبل و بعد از استفاده تميز باشند . اين امر در بهتر شدن نتايج نقش با اهميتي دارد .

ثبت اطلاعات

در هر آزمايش ، همواره عادت به ثبت اطلاعات در جدولي مناسب بلافاصله بعد از انجام آزمايش كاري لازم محسوب مي شود بعضي اوقات ، دانشجو روي كاغذ با دستخط ناخوانا اين اطلاعات را مي نويسد ، در حالي كه اين كاغذ ممكن است گم شود يا به دور افكنده شود اين كار ممكن است موجب آن شود كه آزمايش تكرار شود و يا حتي نتايج ناصحيحي به دست آيد .

تهية‌گزارش

در كلاس درس بسياري از آزمايشهايي كه شرح داده مي شود بايد توسط گروه هاي كوچك(3.2 نفره ) انجام شود ولي هر گزارش بايد توسط يك يك دانشجويان تهيه شود . اين كار باعث بهبود مهارت دانشجو در نوشتن و تهيه يك گزارش فني است . هرگزارش بايد داراي اجزاي زير باشد :

1- جلد : شامل عنوان آزمايش ، نام و اطلاعات لازم كه بر اساس آنها آزمايش انجام شده است .

2-صفحه بعد از جلد : شامل فهرست عناوين زير:

الف – هدف از آزمايش

ب- وسايل آزمايش

ج- تصوير شماتيك وسايل آزمايش

د- توضيح مختصري از وسايل اصلي مورد استفاده در آزمايش

3- نتايج اين قسمت شامل :

الف – صفحه (‌صفحات ) اطلاعت و ارقام

ب – نمونة‌محاسبات انجام شده

ج- منحنيهاي مورد نياز

4- بحث در مورد دقت آزمايش و منابع خطا

نكاتي دربارة منحنيها و جداول لازم در تهية گزارش

منحنيها و جداول تا حد امكان بايد مشخص و تميز ارائه شوند واحدها همواره ذكر شوند .منحنيها تا حدي كه مي شود بزرگ رسم شوند و شماره گذاري گرديده و توضيح لازم در زير آنها داده شود . نمونه اي از يك منحني كه به شكل بدي رسم شده ومنحني اي كه خوب رسم شده است در شكل 1-1 آورده شده است در جايي كه نياز است از قوس و خط مستقيم نيز استفاده كرد .

شكل 1-1( a) منحني بد رسم شده اي بري تغييرات وزن مخصوص خشك خاك نسبت به درصد رطوبت و (b) منحني خوب ترسيم شده اي كه از هان نتايج

واحدها

نتايج مربوط به آزمايشهاي انجام شده در آزمايشگاه بايد استفاده از يك سيستم واحد مشخص بيان و نوشته شوند .به اين منظور مي توان هم از سيستم بين المللي SI و هم سيستم انگليسي استفاده كرد در زير عناوين مورد نياز و ضرايب تبديل در دو سيستم مذكور ذكر شده اند .

جدول 1-1- ضرايب تبديل

روش استاندارد انجام آزمايش

اكثر آزمايشگاه ها ، آزمايشهاي لازم روي خاكها را بر اساس آئين نامه هاي زير انجام ميدهد

ASTM[1]

AASHTO[2]

روشها و وسايل لازم از يك آزمايشگاه به آزمايشگاه ديگر محتملاً مختصري تفاوت دارند ولي مفهوم اصلي در هر كدام يكي است روشهايي كه در اين كتاب ذكر مي شود لزوماً‌عيناٌ بر اساس روشهاي مذكور در دو آئين نامة‌فوق نيست البته براي دانشجو مقايسة بين ازمايشهاي استاندارد و آزمايشهايي كه در آزمايشگاه انجام مي پذيرد مفيد و سودمند خواهد بود.شماره هر آزمايش در دو آئين نامة‌مذكور در جدول زير آورده شده است .

جدول 2-1: شماره آزمايش در دو آئين نامه AASHTO,ASTM

‌2- تعيين درصد رطوبت

مقدمه

در اكثر آزمايشهاي مكانيك خاك در آزمايشگاه ، لازم است درصد رطوبت خاك را تعيين كرد درصد رطوبت به صورت زير تعريف مي شود .

(1-2)           وزن آب موجود در يك خاك مشخص

                              وزن خاك مشخص

اين مقدار معمولاً به صورت درصد بيان مي شود

براي دستيابي به نتايج بهتر ، حداقل مقدار نمونه هاي مرطوب خاك بايد تقريباً‌مطابق مقايدر مندرج در جدول 1-2 باشد .

جدول 1-2 اندازه نمونه هاي مرطوب خاك براي تعيين درصد رطوبت

 *‌اندازه الك نمرة 4،** اندازة الك نمرة 40

وسايل آزمايش

1– ظرف ( ظروف )

اين ظرف ( ظروف ) به اندازه هاي مختلف ( مثلاً به قطر 2in و ارتفاع  يا به قطر 8/50 ميلي متر وا رتفاع 2/22 ميلي متر و نيز قطر 3/5in  و ارتفاع2in  يا قطر 9/88 ‌ميلي متر و ارتفاع 8/50 ميلي متر ) وجود دارد.

2– گرمكن با كنترل دما

براي خشك كردن خاك، دماي گرمكن معمولاً بين 110°Cتا 105°C نگهداشته مي شود از دماي بالاتر از اين بايد اجتناب كرد .اين كار براي آن است كه مصالح آلي موجود در خاك به حالت ذوب در نيايند و نيز امكان تغيير در تركيب كانيها پيش نيايد .

روش آزمايش

1- وزن خالي ظرف را به همراه درب آن اندازه مي گيريم (w₁) و سپس شماره اي روي آن يادداشت مي كنيم .

2- قطعه اي از نمونه مرطوب خاك را داخل اين ظرف قرار مي دهيم درب آن را بسته و از اتلاف رطوبت آن جلوگيري به عمل مي اوريم .

3- وزن ظرف و درب آنر ا با خاك مرطوب داخلش وزن مي كنيم (W₂)

4- درب ظرف را برداشته و آن را در زير ظرف قرار مي دهيم .

5- ظرف را در حالت 4 را جهت خشك كردن خاك داخل گرمكن قرار مي دهيم تا وقتي وزن آن ثابت شود براي آنكه خاك خشك شود مدت 24 ساعت كافيست

6- وزن نمونه خاك شده را به همراه ظرف و دربش اندازه مي گيريم (W₃)

محاسبات

(2-2) درصد رطوبت

محاسبة‌درصد رطوبت به طور نمونه در جدول 3-2 آورده شده است

نكات كلي

غالب خاكهاي طبيعي كه ماسه اي يا شني هستند داراي درصد رطوبتي حداكثصر تا مقدار 15 الي 30% مي باشند و در خاكهاي ريزدانه (‌سيلتي و رسي ) درصد رطوبت نيز حداكثر تا 50 الي 80% ديده شده است و خاكهاي شديداً آلي و پيت ها كه داراي درصد رطوبتي حداكثر تا 500% هستند معمولاً براي كارهاي مهندسي استفاده نمي شود

در زير نمونه اي از مقادير مربوط به درصد رطوبت چند نوع خاك ذكر شده است .

[1] -American Society for Testing and Materials

[2] -American Association of State Highway and Transportation