تست تحکیم خاک

محدوده کاربرد آزمایش تحکیم
این روش آزمایش تحکیم، برای تعیین مقدار و نرخ تحکیم خاکی که به صورت جانبی محصور شده و به صورت محوری زهکشی شده و در عین حال، در معرض بارگذاری افزایشی، تحت شرایط کنترل تنش قرار گرفته است، کاربرد دارد. تعیین نرخ و مقدار تحکیم خاک، تحت بارگذاری در شرایط کنترل کرنش، در روش آزمون D4186 ارائه شده است.
آزمایش تحکیم
این روش ازمون از ازمایش تحکیم، اغلب بر روی نمونه های دست نخورده ای از خاک های ریزدانه که به طور طبیعی در آب رسوب کرده اند، انجام می شود. با این حال، روش اصلی آزمایش، برای نمونه های خاک های متراکم و نمونه های دست نخورده از خاک های تشکیل شده با فرآیندهای دیگر، مانند هوازدگی یا تغییرات شیمیایی نیز، قابل استفاده است. تکنیک های ارزیابی مشخص شده در این روش آزمون، معمولاً برای خاک هایی که به طور طبیعی در آب رسوب کرده اند، قابل کاربرد هستند.
آزمون های انجام شده بر روی خاک های دیگر، مانند خاک های متراکم یا خاکهای برجا (هوازده یا قرار گرفته در معرض تغییرات شیمیایی) ممکن است نیاز به تکنیکهای ارزیابی خاص داشته باشند. مشخص کردن مقدار و توالی هر افزایش بار. از جمله محل چرخهٔ بازگشت ،در صورت نیاز و برای روش آزمونA، افزایش های باری که به ازای آنها، قرائت های زمان-تغییر شکل، مورد نظر است، بر عهده متقاضی این آزمایش است.
قرائت های زمان-تغییر شکل، برای تعیین زمان تکمیل تحکیم اولیه و برای ارزیابی ضریب تحکیم، Cv، موردنیاز هستند. از آنجایی که این ضریب، به سطح تنش و افزایش بار (بارگذاری یا باربرداری) وابسته است، افزایش های بار همراه با قرائت های زمان دار، باید با توجه به یک مرجع خاص برای هر پروژه انتخاب گردند. ممکن است درخواست کننده آزمایش، روش آزمون B را مشخص کند که در آن قرائتهای زمان-تغییر شکل، در تمام افزایش های بار صورت میگیرد.

2- تعاریف آزمایش تحکیم
٢- الف) آزمایش تحکیم:
فرآیند وابسته به زمان تغییر حجم ،خاک در اثر خروج آب از منافذ خاک،تحکیم نام دارد.
۲- ب) تحکیم اولیه:
روند خروج آب و تبدیل اضافه فشار آب حفره ای به اضافه تنش مؤثر، تا صفر شدن اضافه فشار حفره ای ادامه دارد و هنگامی که اضافه فشار آب حفره ای صفر شد، تحمل اضافه تنش برعهده دانه های جامد خاک خواهد بود. این مرحله یعنی تبدیل اضافه فشار آب حفره ای، به اضافه تنش مؤثر خاک را مرحله تحکیم اولیه میگویند.
۲ – ج) تحکیم ثانویه:
در پایان تحکیم اولیه و پس از محو اضافه فشار آب حفره ای، به علت تغییر شکل پلاستیک خاک که ناشی از لغزش کانی های صفحه ای رس بر روی یکدیگر است، مقداری در لایه رس رخ میدهد. این مرحله از تحکیم ،به تحکیم ثانویه معروف است.
۲- د) ضریب تحکیم (Cv):
یکی از پارامترهای تحکیم، که بیانگر مدت زمانی است که طول میکشد تا مقدار مشخصی از تحکیم یا نشست انجام شود.
2-ه)ضریب قابلیت فشردگی (av):
بنا به تعریف، برابر است با تغییرات نسبت تخلخل به ازای واحد افزایش تنش مؤثر.
2-و)ضریب قابلیت فشردگی حجمی (mv):
طبق تعریف، برابر است با تغییرات نسبی حجم خاک به ازای واحد افزایش تنش مؤثر.
2-ز)عامل زمان در تحکیم:
در عمل تحکیم، عامل بدون بعدی به نام عامل زمان وجود دارد که قادر است در شرایط مشابه آزمایشگاه و طبیعت، رابطه بین زمان و حداکثر مسافت زهکشی را در دو نمونه آزمایشگاهی و طبیعی بیان کند.
2-ح)درجه تحکیم:
مرور زمان، باعث تکمیل تحکیم و افزایش نشست خاک میشود و برای این که ببینیم با گذشت زمان چند درصد از تحکیم صورت گرفته است، از درجه تحکیم استفاده میکنیم. درجه تحکیمف معمولاً برای یک نقطه از خاک تحکیم پذیر تعیین میگردد، ولی در کارهای عملی، به جای تعیین درجه تحکیم در یک نقطه، درجه تحکیم متوسط لایه محاسبه میگردد.

*از آنجایی که برای یک نمونه خاک که تحت عمل آزمایش تحکیم قرار گرفته است، در هر لحظه مانند t، که یک درجه تحکیم و یک عامل زمان متناظر با آن لحظه تعریف میگردد، لذا، میتوان نتیجه گرفت که به ازای هر درجه تحکیم یک عامل زمان وجود دارد.
2-ط)نشست: در روند آزمایش تحکیم،فشردگی یا تراکم خاک در اثر تأثیر سربار (وزن سازه) باعث نشست سازه واقع بر روی آن می شود. مهندسان عمران، به این پدیده، نشست خاک میگویند. در حالت کلی، نشست های خاک به دو گروه زیر تقسیم میشوند.
1) نشست تحکیمی، که ناشی از تغییر حجم خاک اشباع، به علت رانده شدن آبهای موجود در حفرات است و در خاک های ریزدانه نظیر رس مورد توجه قرار میگیرد.
2) نشست آنی، که ناشی از تغییر شکل الاستیک خاک خشک و یا خاکهای مرطوب و اشباع، بدون تغییری در میزان آب میباشد و در تمام خاک ها مورد توجه قرار میگیرد.
2-شرح مختصری از روش آزمون تحیکم خاک
به منظور تعیین میزان تحکیم، دو روش به شرح زیر ارائه گردیده است:
1) روش A: این روش آزمون، با افزایش بار ثابت، در مدت زمان ۲۴ ساعت یا مضرب هایی از ۲۴ ساعت انجام می شود. قرائت های زمان-تغییر شکل در حداقل ۲ افزایش بار موردنیاز هستند.
2) روشB: قرائت های زمان-تغییر شکل در تمام افزایش های بار مورد نیاز هستند. افزایش های بار متوالی، پس از رسیدن به ۱۰۰ درصد تحکیم اولیه یا در افزایش های زمانی ثابت، به گونه ای که در روش A شرح داده شده است، اعمال میشوند.
*اگر در فاصله زمانی ۲ تا ۶ ساعت، شاهد تغییرات قرائت گیج تحکیم سنج نباشیم، به منزله خاتمه یافتن تحکیم اولیه است و می توان بارگذاری بعدی را شروع کرد. در این صورت، باید از روش B استاندارد آزمایش تحکیم (ASTM-D2435) استفاده نمود.
مراحل انجام آزمایش تحیکم به شرح زیر است:
• آزمایش میتواند بر روی نمونه های دست نخورده و یا با داشتن وزن مخصوص و درصد رطوبت، بر روی نمونه های دست خورده انجام پذیرد.
• پس از نمونه گیری و غرقاب کردن آن به وسیله پر نمودن حوضچه از آب. در حالی که بازوی بارگذاری تراز است و پیچ قفل کن تراز بازو فعّال میباشد،یوغ بارگذاری و گیج اندازه گیری نشست را نصب و آماده میکنیم؛
• بار نشاننده را به میزان ۵ کیلوپاسکال (برای خاک های نرم تا ۳ کیلوپاسکال نیز میتوان استفاده نمود)، اعمال نموده و بر اساس واکنش عقربه گیج کرنش سنج، آن را کنترل و یادداشت میکنیم؛
• اگر نمونه با توجه به نوع کانیهای خاک ،رس شروع به تورم ،نمود با افزایش بار توسط وزنه های کوچک میزان تورم را کنترل میکنیم، به نحوی که عقربه گیج کرنش سنج به وضعیت اولیه برگردد؛
• در حقیقت، پس از کالیبراسیون دستگاه و متعلقات، بار نشاننده، جهت گرفتن خلاصی ملحقات قالب رینگ نمونه گیری و سایر تجهیزات دستگاه میباشد؛
• عملیات کالیبراسیون دستگاه تحکیم که مربوط به اندازه گیری خطای نشست کاغذ صافی و سنگ متخلخل می باشد. به طور مفصل، در بخش نکات فنی و کارشناسی توضیح داده شده است.

*به طور کلی، فلسفه وجود کاغذ صافی بر روی سنگ های متخلخل در آزمایشاتی مانند تحکیم، سه محوری، نفوذپذیری، برش و …، به جهت آن است که منافذ و خلل و فرج سنگ متخلخل، در تماس مستقیم با نمونه خاک قرار نگیرند و مسدود نشوند.
مراحل انجام آزمایش تحکیم خاک به روش بارگذاری افزایشی
• بارگذاری های متداول را طبق تنش های 0/25، 0/5، 1، 2، 4، 8، و ۱۶ کیلوگرم بر سانتی مترمربع اعمال میکنیم.
• همزمان با آزادسازی بازوی بارگذاری توسط قفل کن، زمان اندازه گیری می شود و میزان نشست به وسیله گیج کرنش سنج در زمان های 0/25، 0/5، 1، 2، 4، 8، 15، 30، 60، 120، 240 و ۱۴۴۰ دقیقه اندازه گیری و یادداشت میشود؛
• برای بارگذاری روز بعد، در دستگاه های طرح انگلیسی (متداول در اکثر آزمایشگاه های ژئوتکنیک ایران) ابتدا پیچ قفل کن را با بازوی بارگذاری مماس کرده (حرکت در جهت خلاف عقربه های ساعت)، بار و تنش جدید را قرار داده و همزمان با زمان سنجی کرنومتر، پیچ قفل کن را باز میکنیم (حرکت در جهت عقربه های ساعت) .
• در پایان، مراتب باربرداری را به این صورت انجام میدهیم: بعد از یادداشت آخرین قرائت مرحلهٔ پایانی بارگذاری، پیچ قفل کن را با زیر بازو مماس کرده و مقادیر وزنه های موردنظر باربرداری را از روی بازو بر می داریم، به نحوی که حرکت عقربه گیج کرنش سنج، معکوس شود. معمولاً، باربرداری به مدت ۲۴ ساعت به طول می انجامد، مگر آن که حرکت عقربه بسیار کند و آهسته شود؛
• پس از پایان آزمایش، مجموعه رینگ نمونه گیری، بعلاوه نمونه خاک داخل قالب دستگاه را با خشک نمودن آب های سطحی آن، با دقت بسیار زیاد توزین نموده و جهت خشک کردن به منظور تعیین درصد رطوبت، داخل گرمخانه قرار میدهیم؛
• نمونه خاک خشک شده آزمایش را با چکش لاستیکی یا هاون، خرد و پودر نموده و از مصالح عبوری الک نمره ۲۰۰، جهت آزمایش تعیین Gv (چگالی ویژه ذرات توده خاک) استفاده میکنیم.
انواع محاسبات پیش نویس های مربوطه و گزارش نهایی در بخش محاسبات به صورت مثال عددی توضیح داده شده است.
تجهیزات مورد نیاز
برای انجام انواع آزمایشات خاک به تجهیزات آزمایشگاه خاک نیازمندیم که یکی از مهم ترین آنها برای انجام این ازمایش دستگاه تحکیم خاک است.