در این نوشتار به توضیح و بررسی آزمایش برش پره (برش وین)، یکی از رایج ترین آزمون های برجا در تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده خاک های چسبنده اشباع خواهیم پرداخت. به گونه ای که تجهیزات و روش انجام این آزمایش خاک و همچنین نحوه تفسیر و استفاده از نتایج در طراحی های ژئوتکنیکی شرح داده می شود. در پایان روابط همبستگی برای تصحیح داده های صحرایی مقاومت برشی به دست آمده از داده های این آزمایش نیز ارائه می گردد.
آزمایش برش پره یکی از رایج ترین آزمون های برجا (صحرایی) برای تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده خاک های چسبنده اشباع می باشد. این آزمایش در مقایسه بـا سایر آزمون های برجا برای تعیین مقاومت برشی زهکشی نشده رس ها از کارایی بالاتری برخوردار است. به طور معمول، این آزمایش در خاک های رسی نرم تا متوسط که معمولاً كـم مقاومت و نشست پذیر هستند، انجـام مـی شـود. آزمایش برش پره در خاک های غیرچسبنده همچون ماسه ها و شن ها که شرایط زهکشی نشده رخ نمی دهد، قابل استفاده نیست. انجـام این آزمایش در خاک های نباتی نیز با تردید همراه است. آزمایش برش پره در ابتدای قرن بیستم در کشور سوئد ابداع شد و از سال ۱۹۴۰ مورد استقبال بیشتری قرار گرفت. آزمایش برش پره آزمایشی ساده است که در عمق مورد نظر در کف گمانه انجام می شـود. از جمله مزیت های ایـن آزمایش می توان به سادگی، سرعت بالای انجام آزمایش و بادوام بودن تجهیزات آن اشاره نمود. این آزمایش نسبت به بسیاری از آزمایش های برجا و آزمایشگاهی دیگر، دست خوردگی کمتری در خاک ایجاد می کند. از نتایج این آزمایش بـه صـورت غیرمستقیم و بر مبنای روابط تجربی برای تخمین نسبت بیش تحکیمی استفاده می شود. با توجه به اندازه گیری مقاومت برشی بیشینه و پسماند خاک های رسی در این آزمایش، امکان اندازه گیری حساسیت خاک وجود دارد که در هیچ آزمایش برجای دیگری، امکان پذیر نیست. شایان ذکر است که تحقیقات متعددی در خصوص متغیرهای به دست آمده از این آزمایش انجام شده است.
تجهیزات و روش انجام آزمایش برش پره
دستگاه آزمایش برش پره شامل دو تیغه نازک عمود بر هم (صلیبی) است که به یک میله متصل شده اند. این آزمایش شامل فرو بردن تیغه ها در کف گمانه در عمق مورد نظر و چرخاندن آنها حول محور قائم تا برش خاک است. این آزمایش عموماً در فواصل نیم تا یک متری یا سایر اعماقی که طراح مشخص می کند، انجام می شود. تواتر انجام آزمایش به شرایط لایه بندی زمین و وجود اطلاعات پیوسته از لایه های خاک بر اساس سایر آزمایش ها نظير نفوذ مخروط یا پیزوکن بستگی دارد. این آزمایش می تواند در کف گمانه یا سطح زمین انجام شود.
بر اساس ASTM D2573 خلاصه روش انجام آزمایش به شرح زیر می باشد:
- تجهیزات را بر روی موقعیت آزمایش قرار دهید. آزمایش می تواند در یک گمانه از قبل حفاری شده (با فشار از سطح زمین) یا با حفاری از داخل غلاف (housing) پره صورت پذیرد. در صورت انجام آزمایش در گمانه از قبل حفاری شده، حفر گمانه باید در عمقی متوقف شود که نوک تیغه آزمایش حداقل به مقدار پنج برابر قطر خارجی گمانه در خاک دست نخورده فرو رود. این کار برای کاهش دست خوردگی و حذف اثر لبه ها (edge effect ) است. در صورت استفاده از غلاف پره، غلاف تا فاصله پنج برابر قطر غلاف بالاتر از عمق مورد نظر برای انجام آزمایش فرو رانده می شود.
- تیغه پره را به آرامی با فشار پیوسته از کف گمانه یا غلاف تا عمق مورد نظر پایین بفرستید.
- در مدت پنج دقیقه، با اعمال گشتاور پیچشی به صورت آرام و پیوسته تیغه پره را با سرعت یک دهم درجه در ثانیه در محدوده مجاز پنج صدم تا دو دهم درجه در ثانیه) بچرخانید. بیشینه گشتاور اعمالی (متناظر با مقاومت برشی بیشینه) را ثبت کنید. پیشنهاد می گردد که هر ۱۵ ثانیه یک قرائت انجام شود.
- تیغه پره را به سرعت و حداقل ۵ تا ۱۰ دور بچرخانید و گشتاور پیچشی متناظر را (مقاومت پسماند) ثبت کنید.
تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده بر اساس داده های آزمایش برش پره برجا
گشتاور پیچشی اعمالی در آزمایش برش پره توسط تنش های برشی بسیج شده در سطح گسیختگی تحمل می شود. با توجه به سرعت نسبتاً بالای انجام آزمایش می توان فرض کرد که شرایط زهکشی نشده می باشد و تنش های برشی در لحظه گسیختگی همان مقاومت برشی زهکشی نشده می باشد. با توجه مواردی گه پیش تر اشاره گردید، بیشینه گشتاور لازم برای چرخاندن تیغه های آزمایش برش پره و ایجاد گسیختگی با روابط زیر محاسبه می شود:
که در روابط فوق، پارامترهای به کار رفته به شرح زیر می باشد:
گشتاور مقاوم در بالای تیغه ها (استوانه) (Mtop)
گشتاور مقاوم در پایین تیغه ها (استوانه) (Mbase)
گشتاور مقاوم در دیواره استوانه (Mside)
قطر استوانه (عرض تیغه) (D)
ارتفاع تیغه پره (H)
مقاومت برشی زهکشی نشده (Cu)
شعاع المان دایره ای به ضخامت dr (r)
لازم به ذکر است که نسبت ارتفاع تیغه پره به عرض تیغه (قطر استوانه) معمولاً دو می باشد.
مقاومت برشی زهکشی نشده بیشینه با استفاده از آخرین رابطه از مجموعه روابط محاسباتی فوق الذکر و برمبنای بیشینه گشتاور قرائت شده در آزمایش برش پره محاسبه می گردد. مقاومت برشی پسماند خاک نیز با همین رابطه قابل محاسبه است. در این حالت، از گشتاور اعمالی در انتهای آزمایش پس از ۵ تا ۱۰ بار گردش سریع تیغه استفاده می شود.
تخمین حساسیت خاک های رسی
همان گونه که قبلاً گفته شد از آزمایش برش پره می توان برای تخمین حساسیت خاک های رسی استفاده کرد. حساسیت، شاخصی از افت مقاومت زهکشی نشده خاک ناشی از دست خوردگی است و به صورت زیر تعریف می گردد:
ترزاقی رابطه فوق را برای مقاومت به دست آمده از آزمایش تک محوری تعریف کرد اما این رابطه در رس هایی با حساسیت بالا قابل استفاده نیست زیرا به علت کوچک بودن، تعیین مقاومت نمونه های بازسازی شده برای این رس ها امکان پذیر نمی باشد. جدول زیر طبقه بندی خاک ها بر اساس حساسیت را که توسط محققین مختلف انجام شده است، نشان می دهد.
تصحیحات آزمایش برش پره
هیچ آزمایش صحرایی و آزمایشگاهی کامل و بی نقص نیست و آزمایش برش پره نیز مشمول این موضوع است. گروهی از محققین با محاسبه معکوس چندین خاکریز گسیخته شده مشاهده نمودند که ضریب اطمینان این خاکریزها به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از یک بوده است. او این گونه نتیجه گیری کرد که مقاومت برشی به دست آمده از آزمایش برش پره قبل از استفاده در تحلیل پایداری خاکریزها و گودبرداری ها باید بر حسب خواص خمیری خاک تصحیح شود. آنها پیشنهاد کردند که مقاومت برشی زهکشی نشده به دست آمده در عملیات صحرایی در ضریب تصحیح ضرب گردد. ضریب تصحیح پیشنهادی آنها که بر روی ضریب چسبندگی به دست آمده در آزمایش برجا اعمال می شود، تابعی از شاخص خمیری (PI) است و رابطه آن با PI در شکل زیر ارائه گردیده است.
منابع
- جای آمراتونگ، ناگارتنا سیواکوگان، براجا م. داس، ترجمه حیدریان، هومن (1396)، “روابط همبستگی پارامترهای خاک و سنگ در مهندسی ژئوتكنيك”
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
- مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
- میکرو مکانیک خاک (Soil micro-mechanics)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
- مدل سازی عددی تراکم دینامیکی (Numerical Modeling of Dynamic Compaction)
- بررسی دو روش تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق در بهسازی بستر سواحل (DSM & DC)
- مقایسه دو روش تزریق با فشار بالا و اختلاط عمیق در بهسازی خاک (Jet Grouting & DSM)
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- فشار جانبی خاک چیست؟ (Lateral earth pressure)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
مطالب مرتبط :
دیدگاهتان را بنویسید