آزمایشگاه خاک

برخی از آزمایشات مرسوم ژئوتکنیک

 

۱. آزمایش SPT(Standard Penetration Test):

شماره استاندارد مرجع: ASTM-D1586

آزمایش SPT نوعی نمونه گیری از خاک است لیکن معیاری برای تخمین پارامترهای مقاومتی خاک نیز می‌باشد. برای مثال در خاک‌های ریزدانه، سفتی خاک را می‌توان به عدد نفوذ استاندارد مرتبط دانست همچنین در پروژه‌هایی که آزمایش بارگذاری صفحه‌ای انجام نمی‌شود به‌وسیله تعدادی رابطه تجربی مدول الاستیسیته خاک (E_S) را با توجه به نتایج این آزمایش بدست می‌آوریم یا در پروژه‌هایی که آزمایش دانهول انجام نمی‌شود به‌وسیله روابط تجربی محدوده سرعت موج برشی را از روی عدد نفوذ استاندارد تخمین می‌زنند.

وقتی گمانه به عمق مطلوب جهت انجام آزمایش رسید سرمته حفاری با نمونه‌گیر SPT جایگزین شده و چکش 622 نیوتنی از ارتفاع 75 سانتی‌متری رها می‌شود. تعداد ضربات لازم برای سه مرحله نفوذ 15 سانتی‌متری نمونه‌گیر به داخل خاک ثبت می‌گردد. مجموع تعداد ضربات لازم برای 2 مرحله دوم و سوم (N) عدد نفوذ استاندارد نامیده می‌شود.

 

۲. آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear Test:

شماره استاندارد مرجع: ASTM-D4554

از پارامترهای تاثیر گذار در محاسبه ظرفیت باربری خاک و محاسبات مربوط به پایداری شیروانی‌های خاکی پارامترهای مقاومت برشی خاک هستند که روش‌های مختلف صحرایی و آزمایشگاهی برای بدست آوردن این پارامترها موجود است.

در آزمایش برش مستقیم برجا درون چاله یا گالری حفر شده بلوک‌هایی متناسب با ابعاد جعبه برش ایجاد می‌گردد. پس از جایگذاری جعبه برش و اعمال سربار عمودی توسط موتور الکتریکی نیروی برش به صورت افقی و با سرعت معین وارد می‌شود و نیروی وارد شده و جابجایی‌های عمودی و افقی و میزان نیروی وارده در گام‌های مشخص ثبت می‌شوند و بر اساس آن‌ها و رابطه گسیختگی موهر- کلمب زاویه اصطکاک داخلی (Ф) و چسبندگی خاک (C) مشخص می‌شوند.

 

۳. آزمایش بارگذاری صفحه‌ای Plate load Test:

شماره استاندارد مرجع: ASTM- D1194

جهت بدست آوردن 2 پارامتر مهم در محاسبه ظرفیت باربری و محاسبات لازم طراحی فونداسیون و سازه‌های نگهبان مدول الاستیسیته و ضریب عکس‌العمل بستر (E_S , K_S)  از آزمایش بارگذاری صفحه‌ای استفاده می‌شود.

روش کار بدین شکل است که دورن چاه یاگالری حفاری شده صفحه بخصوص قرار داده شده و بار طی چند مرحله گام به گام به خاک منتقل می‌شود و پس از هر مرحله اعمال بار زمان لازم جهت نشست خاک داده می‌شود و تغییرات بار و نشست ثبت می‌گردد.

     

۴. آزمایش دانهول Down Hole Test:

شماره استاندارد مرجع: ASTM- D7400

سرعت موج برشی در محیط خاک نشان دهنده نوع خاک یا سنگ و تیپ خاک است.

برای انجام آزمایش دانهول در گمانه حفاری شده حسگر گیرنده موج (ژئوفون) قرارداده می‌شود و با ایجاد موج موج برشی در سطح و محاسبه زمان رسیدن موج به هر عمق سرعت موج در محیط بدست می‌آید بر اساس آیین‌نامه 2400 ایران، تیپ خاک ساختگاه پروژه انتخاب می‌گردد.

 

۵. آزمایش تعیین دانسیته به روش مخروط (بطری) ماسه Sand Bottle:

شماره استاندارد مرجع: ASTM-D1556

یکی از پارامترهای مورد استفاده در بسیاری از روابط ژئوتکنیکی از جمله محاسبه ظرفیت باربری، روابط مربوط به پایداری شیروانی‌های خاکی و روابط مربوط به طراحی روش‌های گوناگون پایدار سازی گود دانسیته خاک است.

برای بدست آوردن دانسیته در محل ابتدا شابلون را کف گمانه قرار می‌دهیم. کف گمانه را در قسمت شابلون با دقت حفر نموده و خاک حاصل را جهت توزین و محاسبه درصد رطوبت در ظرفی مناسب نگهداری می‌کنیم. پس از تمیز کردن شابلون و کف چاله ایجاد شده از خاک، سند باتل حاوی ماسه اتاوا (ماسه استاندارد) را که قبلا توزین کرده بودیم در محل خود روی شابلون قرار داده و شیر آن را باز می‌کنیم و اجازه می‌دهیم ماسه به صورت ثقلی از سند باتل در چاله تخلیه شود. هنگامی که حرکت ماسه در سند باتل متوقف شد، شیر آن را بسته و مجدد سند باتل را وزن می‌کنیم. با استفاده از روابط موجود دانسیته طبیعی خاک محاسبه می‌شود.

 

۶. آزمایش برش مستقیم Direct Shear Test:

شماره استاندارد مرجع: ASTM- D3080

این آزمایش جهت بدست آوردن پارامترهایی نظیر زاویه اصطکاک داخلی (Ф) و چسبندگی خاک (C) انجام می‌شود.

در این آزمایش نمونه خاک گرفته شده و منتقل شده به آزمایشگاه با رطوبت و تراکم لازم در جعبه برش دستگاه آماده می‌شود و پس از اعمال سربار قائم با سرعت یکنواخت نیروی برشی به نمونه وارد می‌شود تا نمونه در مسیر از پیش تعیین شده گسیخته شود. در گام‌های مساوی نیروی جانبی، کرنش قائم و کرنش افقی ثبت می‌شود. بر اساس رابطه گسیختگی موهر- کلمب پارامترهای مورد نیاز محاسبه می‌شود.

     

۷. آزمایش دانه‌بندی Particle Size Distribution:

شماره استاندارد مرجع: ASTM- D422

جهت شناسایی رفتار خاک نیاز به طبقه بندی خاک است و مهمترین عامل تعیین کننده طبقه بندی خاک منحنی دانه‌بندی خاک است.

جهت رسم منحنی دانه‌بندی خاک نمونه خاک را روی سری الک‌های استاندارد با دستگاه لرزاننده مکانیکی (Shaker) الک می‌کنند و با توجه به وزن مانده روی هر الک، درصد نمونه عبوری از هر الک بدست می‌آید سپس با مقیاس نیمه لگاریتمی منحنی دانه‌بندی رسم خواهد شد.

 

۸. آزمایش تعیین درصد رطوبت Relative Moisture:

شماره استاندارد مرجع: ASTM- D2216

خاک یک محیط سه فازه است که شامل فاز جامد یا دانه‌های خاک و سنگ، فاز مایع یا آب و فاز گاز یا هوا می‌باشد. در اصل فضای بین دانه‌های خاک توسط آب و هوا پر شده است و این‌که چه میزان از این فضای خالی توسط آب و چه میزان آن توسط هوا پر شده است در تصمیم‌گیری‌های کارشناس ژئوتکنیک مخصوصا جهت طراحی و انتخاب روش پایدارسازی تاثیرگذار است.

جهت تعیین درصد رطوبت خاک، نمونه با رطوبت طبیعی پس از توزین 24 ساعت در گرمخانه نگهداری می‌شود. پس از 24 ساعت توزین مجدد صورت گرفته و درصد رطوبت طبیعی خاک محاسبه خواهد شد.

۹. حدود اتربرگ Atterberg Limits:

شماره استاندارد مرجع: ASTM- D4318

بسیاری از خواص بخش ریزدانه خاک‌ها را با توجه به حدود اتربرگ می‌توان پیش‌بینی کرد. مثلا در صورتی که نسبت حد روانی به حد انقباض بزرگ باشد خاک مستعد ترک خوردن است یا هرچقدر حد انقباض خاک کمتر باشد خسارت پذیری خاک بیشتر است زیرا PI (نشانه خمیری) بیشتر شده و موضوعات تغییرات حجم، تورم و انقباض شدیدتر می‌شود.

خاک عبوری از الک نمره 40 را مرطوب می‌کنیم و در جام دستگاه کاساگرانده می‌ریزیم و روی آن را صاف می‌کنیم و در مرکز آن به وسیله شیارزن استاندارد شیاری ایجاد می‌کنیم. سپس با سرعت 2 ضربه در ثانیه آنقدر ضربه می‌زنیم که شیار موجود به مقدار حدود 1 سانتی‌متر (12.7  میلی‌متر) بسته شود. مقدار ضربات را ثبت کرده و از محل بسته شدن شیار جهت تعیین درصد رطوبت نمونه برمی‌داریم. با تکرار آزمایش و طبق روابط موجود حد روانی (LL) بدست می‌آید.

به خاک عبوری از الک نمره 40 رطوبت داده و سعی میکنیم بوسیله دست روی سطحی صاف مانند شیشه با خمیر حاصل فتیله درست کنیم. درصد رطوبتی که طی آن فتیله به قطر 3.2 میلی‌متر دارای ترک باشد حد خمیری (PL) نامیده می‌شود.