ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)

از جمله آزمایش های صحرایی ژئوتکنیکی که با اعمال فشار جانبی، رفتار خاک ها را آنالیز می کند، آزمایش دیلاتومتری یا همان دایلاتومتری (DMT: Dilatometer Test) است.


تاریخچه آزمون دایلاتومتر


بعد از پیدایش آزمایش پرسیومتری که اطلاعات مفیدی از رفتار خاک های تحت بارگذاری افقی به دست می دهد، به سراغ آزمون دایلاتومتری می رویم، اما این آزمایش هم مانند سایر آزمایشات ژئوتکنیکی دارای معایبی می باشد که می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. نیاز به حفر گمانه جهت انجام آزمایش از جمله مهمترین مشکلات می باشد.

2. از دیگر مشکلات آزمایش پرسیومتری متراکم کردن بالن در آن آزمایش بود.

در نتیجه محققین و دانشمندان بر آن شدند تا عیب آن ها را برطرف کنند، مارچتی اولین فردی بود که توانست این کار را انجام دهد، مارچتی اولین دستگاه دیلاتومتر تخت را در سال 1980 در ایتالیا معرفی نمود. لذا این دستگاه را دایلاتومتر مارچتی نامیده اند، که بعدها انواع مشابهی از آن در انگلیس و فرانسه ساخته شد و در نهایت به دلیل داشتن مزایای زیاد، استفاده از این دستگاه در سراسر جهان به صورت متداول رواج یافت.


آزمایش دیلاتومتری (DMT) چیست؟


یکی از آزمایش های ژئوتکنیکی، آزمایش دیلاتومتری (DMT) است که طی آن رفتار خاک تحت بارگذاری افقی مورد بررسی قرار می گیرد. ابزار اصلی در این آزمایش، یک تیغه تخت است که روی آن یک غشاء لاستیکی وجود دارد که این تیغه متصل به یک منبع فشار بر روی زمین می باشد که سیستم کنترل جابجایی غشا نیز بر روی زمین وجود دارد و از طریق سیستم اعمال فشار، غشا لاستیکی پر از باد می شود، در نهایت فشار موجود در غشا لاستیکی، باعث می شود تا خاک اطراف تیغه تحت تنش قرار گرفته و جابجا شود. با ثبت میزان جابجایی صورت گرفته تحت فشارهای مختلف، می توان اطلاعات ژئوتکنیکی مختلفی از خاک محل به دست آورد. یکی از حسن هایی که آزمایش دیلاتومتری دارد، آن است که تیغه را باید داخل خاک فرو کنیم، پس در نتیجه نیاز به حفر گمانه نداریم. اما باید ذکر شود که در هر خاکی امکان فرو بردن تیغه دایلاتومتر وجود ندارد. زیرا در خاک های شنی یا بسیار سخت، ممکن است فرو بردن تیغه، باعث آسیب دیدن لبه های تیغه شود. لذا بهتر آن است که از این آزمایش صرفا در خاک های نرم و خاک های ریزدانه رسی استفاده شود.

جزئیات دستگاه دیلاتومتری - ایستاسازه
جزئیات دستگاه دیلاتومتری

مزایای آزمایش دیلاتومتر DMT


1. سهولت در اجرا

2. هزینه انجام آزمایش نسبتا پایین تر از آزمایش های دیگر است.

3. این آزمایش قابلیت تکرار پذیری دارد و نتایج یکسانی را در شرایط مختلفی می دهد.

4. به سنسور های پیچیده نیازی ندارد.

5. اطلاعات ستونی از خاک، به صورت پیوسته به دست می آید.

6. دارای نتایجی قابل اعتماد است، زیرا که این نتایج با دقت بالایی به دست می آید.

7. قابل استفاده در طیف گسترده ای از خاک هاست.

مزایای آزمایش DMT
مزایای آزمایش DMT

تجهیزات آزمایش دیلاتومتری DTM


در شکل زیر اجزای تشکیل دهنده یک سیستم آزمایش دایلاتومتری نشان داده شده است. این تجهیزات عبارتند از:


1. تیغه دیلاتومتر.

2. میله های ارتباط.

۳. کابل.

۴. واحد کنترل.

۵. مخزن گاز.

که به توضیح هر یک از موارد در زیر می پردازیم:

تجهیزات آزمایش DMT - شرکت ایستا سازه
تجهیزات آزمایش دیلاتومتری

1. تیغه دیلاتومتر:


تیغه دیلاتومتری اصلی ترین بخش آزمایش دیلاتومتری یا DMT است. جنس این تیغه از فولاد بسیار مقاوم می باشد که دارای لبه هایی تیز بوده و وظیفه آن جلو راندن تیغه در خاک است. این تیغه دارای 24 سانتی متر طول، 9.5 سانتی متر عرض و 1.5 سانتی متر ضخامت می باشد که در بدنه این تیغه ها، غشایی پلاستیکی به قطر 6 سانتی متر وجود دارد که با اعمال فشار، متورم شده و به خاک فشار می آورد.

تیغه دیلاتومتری
تیغه دیلاتومتری

۲. میله های ارتباط:


برای انتقال تیغه دیلاتومتر به درون خاک، نیاز به یک سری میله می باشد که به انتهای تیغه متصل می شوند و با استفاده از آنها می توان تیغه را به درون خاک انتقال داد.


۳. کابل:


برای ایجاد ارتباط بین سیستم های کنترل فشار که بر روی سطح زمین قرار گرفته اند و تیغه درون خاک، نیاز به یک سری کابل های پنوماتیک و الکتریک است. ارتباط بین سطح زمین و تجهیزات درون چاهی با استفاده از این کابل ها برقرار می شود.


۴. واحد کنترل:


بخشی است که در آن میزان فشار اعمالی و جابجایی خاک پایش شده و در حافظه ثبت می گردد.


۵. مخزن گاز:


مخزنی می باشد که از گاز نیتروژن پر شده است و وظیفه آن، تامین فشار، جهت انبساط غشای لاستیکی بر روی تیغه است.


روش انجام آزمایش دیلاتومتر DMT


در ابتدای کار به کالیبره کردن غشاء لاستیکی می پردازیم که این امر با فشار هوا صورت می گیرد، سپس تعدادی میله به انتهای تیغه متصل می شود که تعداد میله ها بسته به عمقی که در آن قصد انجام آزمایش داریم بستگی دارد. لازم است تیغه را به آرامی داخل زمین فرو کنیم. پس از آنکه تیغه به عمق دلخواه خود رسید، مخزن اعمال فشار شروع به کار می کند و تا جایی فشار ایجاد می کند که غشای لاستیکی به خاک متصل شود و تقعر اولیه روی غشا از بین برود. زمانی که تیغه به عمق دلخواه خود رسید، مخزن اعمال فشار شروع به کارکرده و تا جایی فشار ایجاد می کند که این مقدار فشار وارده ثبت گردد. این اعمال فشار تا جایی ادامه پیدا می کند تا میزان جابجایی در داخل خاک به 1.1 میلی متر برسد، در نهایت میزان فشاری را که باعث ایجاد این تغییر شکل شده است را ثبت می کنیم. با استفاده از فشارهایی که جابجایی های خاصی در خاک ایجاد کرده اند، می توانیم خصوصیات مختلفی را از خاک به دست بیاوریم.

دیلاتومتر تخت DTM
دستگاه تست دیلاتومتر تخت

کاربرد های آزمایش دیلاتومتری (DMT) جهت بررسی خصوصیات خاک


1. ضریب پیش تحکیمی یا OCR.

2. چگالی خاک.

3. مقاومت برشی زهکشی نشده رس ها.

4. ضریب فشار جانبی خاک در حالت سکون K0.

5. مدول الاستیسیته یا E.

6. زاویه اصطکاک داخلی در ماسه ها.

7. ضریب نفوذپذیری K.

8. مدول سختی محصور نشده در خاک ها یا M.

کاربرد آزمایش DMT
کاربردهای آزمایش دیلاتومتری DMT به جهت بررسی خصوصیات خاک

آشنایی با آنالیز دیلاتومتری (DL)


روش آنالیز حرارتی مواد، شامل روش هایی می باشد که با تغییر دمای ماده، تغییرات ایجاد شده در ویژگی های فیزیکی آن را مورد بررسی قرار می دهد. این تغییرها می تواند همانند آنالیز TGA شامل تغییراتی در وزن ماده باشد و در نهایت همانند آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) شامل تغییر در انرژی حرارتی ماده باشد یا همانند آنالیز EGA مبتنی بر خروج مواد فرار از ماده باشد. اما دسته ای دیگر از روش های آنالیز حرارتی موسوم به دیلاتومتری شامل تغییر در ابعاد ماده می باشد.


دیلاتومتری (DIL) چیست؟


دیلاتومتری آزمونی می باشد که در آن برای تعیین خواص حرارتی نمونه و تغییرات طول آن بر حسب تغییرات دما اندازه گیری می شود. نتایج به دست آمده از این آزمایش به صورت نمودار تغییرات طول نمونه بر حسب تغییرات دما رسم می گردد. قبل از آنکه این روش برای شناسایی مواد و آنالیز به کار رود، روش های دیگری برای ضریب انبساط حرارتی و کنترل کیفی ماده مورد استفاده قرار می گرفت. به صورت کلی مواد با تغییر در دما و تغییر در حرارت، تغییر طول می دهند که اندازه آن نیز به قدرت پیوند اتم و نیروی بین اتمی بستگی دارد. ما می دانیم که در هنگام حرارت دادن، ماده هایی مانند پلیمرها که دارای پیوند مولکولی هستند، دارای تغییر طول بیشتر و موادی مانند مواد سرامیکی که پیوندهای بین آن ها یونی و کوالانسی می باشد، تغییرات طولی کمتری را از خود نشان می دهند و ماده هایی مثل پیوندهای فلزی موجود دارای حالت بینابینی هستند، این تکنیک در بسیاری از استانداردهای بین المللی مانند: DIN 51045،ASTM E831، ASTM E228، ASTM D3386 به صورت دقیق و با جزییات کامل شرح داده شده است.

آزمایش DMT
آزمایش دیلاتومتری

تئوری آزمون دیلاتومتری


با توجه به روابطی که در دوران دبیرستان مطرح شده بود و ما در خاطر داریم، تغییرات طول به عنوان تابعی از تغییرات دما به صورت زیر به دست می آید:

فرمول آزمون DMT

در این رابطه Lo طول اولیه، ΔT تغییرات دما و ΔL تغییرات طول است. باید به این نکته توجه داشت که با تغییر دما مقدار α تغییر می کند. در نتیجه باید به گستره دمایی که ضریب انبساط حرارتی در آن گستره اندازه گیری می شود دقت و توجه بالایی داشت. علاوه بر تمامی موارد ذکر شده، در مواد کریستالی مقدار α بستگی به جهت های گوناگون بلوری دارد که این ضریب به ویژه برای مواد تک کریستال تفاوت زیادی دارد. مقدار α را می توان برای تمامی جهات در مواد سرامیکی پلی کریستال، تقریبا ثابت در نظر گرفت. در نتیجه ضریب انبساط حرارتی در مواقعی که عملیاتی مانند اکستروژن یا همان پرس گرم، بر روی ماده ای انجام شود و یا از ابتدا ماده با جهت گیری خاصی ساخته شود (مانند الیاف جهت دار)، تابع جهت خواهد بود.

طول پیوندهای مولکولی ماده با انتقال حرارت در ماده و تغییر دما تغییر می یابد. این پاسخ به تغییر دما تحت عنوان ضریب انبساط حرارتی ماده در نظر گرفته می شود. در نتیجه این تغییر طول، پیوندهای ماده، منقبض و یا منبسط می شود. تغییرات طول نمونه را می توان با استفاده از دستگاه دیلاتومتری بر حسب درجه حرارت اندازه گیری نمود.

نمودار زیر که بر حسب آنالیز دیلاتومتری می باشد، درصد انقباض نمونه برحسب تغییرات دما رسم شده است.

نمودار تغییرات درصد طول نمونه بر حسب تغییرات دما در آنالیز دیلاتومتری
نمودار تغییرات درصد طول نمونه بر حسب تغییرات دما در آنالیز دیلاتومتری

اجزای دستگاه و فرایند آنالیز دیلاتومتری


آماده سازی نمونه ها و ساخت نمونه، در آزمایش دیلاتومتری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. نمونه های آزمون دیلاتومتری یا DMT معمولا به صورت استوانه یا مکعب مستطیل و با طول ۲ تا ۵ سانتیمتر و ضخامت ۳ تا ۱۰ میلیمتر تهیه می شوند. نمونه های آزمایش دیلاتومتری حتما باید از سطح صافی برخوردار بوده و به صورت موازی در تماس با میله فشاری و انتهای پایه سرامیکی قرار بگیرند. این نمونه ها را می توان با برش از نمونه اصلی تهیه کرد و به وسیله صیقل دادن سطح، برای آزمایش دیلاتومتری استفاده نمود. نمونه های پودری شکل را نیز می توان با استفاده از دستگاه اکستروژن و یا توسط فشردن در قالب به صورت نمونه دیلاتومتری درآورد. اجزای تشکیل دهنده دستگاه دیلاتومتری در شکل زیر با دستگاه دیلاتومتری نشان داده شده است. نمونه مجهول در این دستگاه بر روی یک پایه سرامیکی از جنس آلومینا یا کوارتز قرار می گیرد و در انتهای آن یک میله به صورت فشاری تغییر انبساط یا انقباض نمونه را به یک تبدیل گر منتقل می کند. به این ترتیب تغییر در طول نمونه به جریان الکتریکی تبدیل می شود. میله فشاری در انتها به یک فنر که در حالت فشرده نگه داشته شده است، متصل می باشد. بنابراین با حرکت میله فشاری، انقباض نمونه به تبدیلگر منتقل می گردد. همچنین یک ترموکوپل در نزدیکی نمونه قرار داده شده تا بتوان دمای نمونه را مشخص کرد.

اجزای دستگاه دیلاتومتری
اجزای دستگاه دیلاتومتری

اجزای دستگاه دیلاتومتری شامل موارد زیر می باشد:


1. میله فشاری.

2. ترموکوپل.

3. پایه سرامیکی.

اجزای دستگاه دیلاتومتری
اجزای دستگاه دیلاتومتری

پایه سرامیکی که در داخل یک لوله سرامیکی قرار گرفته اند، در کوره الکتریکی منطقه ای که نمونه درون آن قرار گرفته است، با سرعت گرمایش دلخواه، نمونه را تا دمای مورد نظر گرم می کنند. برای اندازه گیری ضریب انبساط حرارتی ماده در روش دیلاتومتری باید توجه داشت که تغییر طول ثبت شده علاوه بر طول نمونه مجهول، شامل تغییر طول میله فشاری و پایه سرامیکی نیز می شود. بنابراین باید تصحیح لازم برای اندازه گیری میزان انبساط نمونه را در نظر گرفت. از یک نمونه شاهد که منحنی تغییر طول آن مشخص است می توان برای این کار استفاده کرد و در نهایت انبساط پایه و میله فشاری را در دستگاه مورد نظر تعیین و از آن برای نمونه مجهول استفاده کرد. با توجه به تغییر آرامی که در پایه سرامیکی و ریز ساختار میله فشاری در اثر گرمایش های پی در پی  به وجود می آید، تغییر طول میله ها عوض می شود و باید به طور متناوب مورد بررسی قرار گیرد.

دستگاه تجاری دیلاتومتری
دستگاه تجاری دیلاتومتری

مهم ترین اجزای تشکیل دهنده دستگاه دیلاتومتری عبارتند از:


1. نگهدارنده نمونه.

2. ترموکوپل های کنترل دمای نمونه.

3. کوره.

4. سیستم­ ثبت تغییرات جابه‌جایی نمونه.

5. سیستم کنترل دمای کوره.

6. سیستم ثبت داده ها.

مهم ترین اجزای تشکیل دهنده دستگاه دیلاتومتری - ایستاسازه
مهم ترین اجزای تشکیل دهنده دستگاه دیلاتومتری – ایستاسازه

کاربردهای آنالیز دیلاتومتری


1. شروع تشکیل ساختار شیشه ای مواد سرامیکی و تعیین دمای زینتریگ.

2. تعیین ضریب انبساط حرارتی در مواد پلیمری، فلزی و پلاستیکی.

3. تعیین تغییر ریز ساختار مواد، مانند دگرگونی های فازی و تبلور.

4. ساخت ترکیبات مقاوم فشرده و متخلخل، محصولات سرامیکی، کامپوزیتی، آلیاژهای فلزی و پلاستیکی.

کاربردهای آنالیز دیلاتومتری
کاربردهای آنالیز دیلاتومتری

کاربردهای آنالیز دیلاتومتری (ِDL)


مشاهده تغییرات ریز ساختاری ماده سرامیکی کائولن یکی دیگر از نمونه های کاربردی آزمایش دیلاتومتری می باشد که منحنی نمودار آن به شکل زیر می باشد.

نمودار تغییرات ساختاری کائولن در اثر تغییرات دما
نمودار تغییرات ساختاری کائولن در اثر تغییرات دما

با توجه و بررسی این نمودار متوجه می شویم که در حوالی دمای ۴۵۰ درجه، آب از ساختار ماده خارج می شود. در حوالی دمای ۷۵۰ درجه تبلور و در حدود ۹۰۰ درجه سانتی گراد، زینترینگ ماده (نوع پیشرفته ‌ای از عملیات حرارتی زینترینگ است که در دمای بالا و در زمان بسیار کم اجرا می شود) رخ داده که با انقباض شدید همراه است.

اگر به دنبال ابزاری قدرتمند در تعیین دگرگونی های فازی در فولادها هستیم، آنالیز دیلاتومتری بهترین گزینه برای این مورد می باشد که با استفاده از آنالیز داده های منحنی دیلاتومتری، می توان دیاگرام های CCT و CHT مربوطه را رسم نمود. در هنگام گرمایش و سرمایش ماده می توانیم با استفاده از این کار میکرو ساختارهای ایجاد شده را بررسی نماییم.


اطلاعات به دست آمده از آزمون دیلاتومتری


1. میزان انبساط حجمی.

2. میزان انبساط حرارتی نمونه و ضریب انبساط حرارتی.

3. مراحل انقباضی قطعات صنعتی و دمای تفجوشی قطعات متالورژی پودری.

4. تغییرات چگالی.

5. دمای شیشه ای شدن (Tg).

6. نقطه نرم شوندگی دیلاتومتریک (Td).

اطلاعات به دست آمده از آزمونDMT
اطلاعات به دست آمده از آزمون دیلاتومتری

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

خطا ها و محدودیت ها و مزایای مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

نیروهای حجمی ناشی از گرانش نقش بسیار مهمی در مسائل [...]


بیشتر بخوانید

تئوری، ساز و کار و فرضیات مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

یکی از بهترین روش های بررسی یک پدیده در مهندسی، [...]


بیشتر بخوانید

قوانین مقیاس و کاربرد‌های مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

یکی از بهترین روش های بررسی یک پدیده در مهندسی، [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش آماس سنگ (Swelling testing of rock)

در طی حفر فضاهای زیرزمینی احتمال وجود شرایط مختلف زمین [...]


بیشتر بخوانید