روش های بازسازی نمونه در آزمایشگاه (Remolding methods of soil sample in lab)

به طور کلی سه روش برای آماده سازی نمونه های ماسه ای برای انجام آزمون های آزمایشگاهی مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. نیازهای اساسی برای هر یک از روش ها در مرحله نخست به دست آوردن یک نمونه همگن با توزیع یکنواخت ضریب تخلخل و در مرحله بعدی آماده سازی نمونه با حداقل تراکم ممکن است. شرط بعدی برای پوشش طیف وسیعی از تراکم در نمونه بازسازی شده با روش یکسان مورد نیاز است. روش های مختلفی برای بازسازی نمونه در آزمایشگاه با بافت های مختلف شناخته شده است که در هنگام گسیختگی پاسخ های متفاوتی را در شرایط بارگذاری یکسان در پی داشته است.

روش اول: تراکم مرطوب (Wet Tamping)

تراکم مرطوب یکی از روش های بازسازی نمونه در آزمایشگاه می باشد که در این روش 5 الی 6 نمونه از ماسه خشک با وزن یکسان تهیه شده و با حدود 5 درصد آب مخلوط می گردد. غشایی در سطح داخلی قالب دو تکه کشیده و محکم به پایه پداستال تجهیزات آزمایش متصل می گردد. در ادامه مراحل روش تراکم مرطوب پس از مخلوط شدن خاک با آب، هر لایه از ماسه از یک ارتفاع مشخص به صورت دستی، مطابق شکل زیر، در پنج تا شش لایه ریخته و کوبیده می شود. در هر مرحله از یک کوبه کوچک که حتما دارای سطحی تخت است برای کوبیدن ماسه استفاده می شود و سپس ریختن لایه بعدی شروع می شود.

با توجه به اثرات مویینگی میان ذرات، ماسه مرطوب می تواند به یک ساختار بسیار سست و مناسب و بیش از حداکثر ضریب تخلخل ماسه خشک با روش های مندرج در روش آزمون استاندارد تعیین شده در ASTM یا JSSMFE قرار گیرد. برای ساخت نمونه های شل و با تراکم نسبی کم از ماسه تحت آزمایش، لازم است تا در زمینه انرژی بهینه مورد نیاز برای تراکم تصمیم گیری شود. به طور کلی اگر انرژی تراکم کوچک باشد، نمونه به اندازه ای شل می شود که انقباض حجم پس از اشباع بیش از حد زیاد خواهد بود. این امر سبب می شود تا روند کاهش قطر نمونه به ایجاد اعوجاج عمودی در غشا منجر شود. به عنوان یک قاعده کلی، توصیه می شود که آزمونگر انرژی تراکم را به نحوی تنظیم کند که انقباض حجم برای بازسازی شل ترین نمونه با این روش در حالت اشباع تقریباً 5 درصد باشد. به عنوان مثال اگر یک نمونه متراکم تر آماده شود، با افزایش میزان تراکم در هر مرحله، مقدار انرژی بیشتری به کار گرفته می شود. در مرحله بعدی، نمونه توسط غشا و دو درپوش در بالا و پایین محصور و بسته می شود و با اعمال مکش 2 تا 5 کیلوپاسکال قالب از دور نمونه برداشته می شود. این مکش به اندازه ای قوی می باشد تا از ریزش نمونه ماسه ای جلوگیری کند. در ادامه مراحل این روش، گاز کربن دی اکسید به واسطه شیرهای موجود به نمونه تزریق شده و پس از هواگیری آب فوران می کند. در طی این فرآیند اشباع، کاهش حجم به علت فروپاشی ساختار اولیه نمونه اتفاق می افتد. ضریب تخلخل اندازه گیری شده پس از اتمام فرآیند اشباع سازی تحت مکش به عنوان ضریب تخلخل اولیه نمونه در نظر گرفته می شود. سپس برای تنش محصور کننده مورد نظر برای تحکیم انجام می شود. با این روش تحت انرژی های مختلف برای تراکم، می توان محدوده گسترده از نمونه ها با نسبت تراکم نسبی مختلف بازسازی نمود. بنابراین روش تراکم مرطوب یک روش چند منظوره است. برای همین در بسیاری از آزمون های آزمایشگاهی از این روش برای آماده سازی نمونه استفاده می شود.

روش دوم: روش بارش خشک (Dry deposition method)

همان گونه که در شکل بالا نشان داده شده است در بازسازی نمونه در آزمایشگاه به روش بارش خشک ابتدا ماسه در کوره خشک شده تا رطوبت آن طبیعی شود. سپس ماسه خشک شده در یک مخروطی به شکل قیف بلند و باریک به قطر حدود 12 میلی متر ریخته می شود. این قیف برای تعیین حداکثر ضریب تخلخل ماسه نیز مطابق با روش JSSMFE استفاده می شود. ماسه در داخل قالب باید با سرعت ثابت پخش شود البته ارتفاع سقوط نیز باید صفر باشد تا تراکم به صورت یکنواخت و با سرعت ثابت انجام شود. این روند تا جایی ادامه پیدا می کند تا قالب از ماسه خشک به طور کامل پر شود. به منظور متراکم کردن نمونه ضرباتی به دیواره قالب به صورت یکنواخت وارد می شود. در هنگام ضربه زدن ارتفاع لایه که بر اساس محاسبات تعیین شده است به وسیله خط کش کنترل می شود. در حقیقت به این طریق است که تراکم نمونه کنترل می شود.

پس از آن نمونه با غشا و درپوش بالا احاطه شده و مکشی به اندازه 2 تا 5 کیلوپاسکال مانند روش قبل به نمونه اعمال می شود تا نمونه خراب نشود. درادامه با عبور گاز کربن دی اکسید از نمونه، نمونه هواگیری شده و با عبور آب، نمونه اشباع می شود. برای کنترل میزان درجه اشباع نمونه آزمایش B-value انجام می شود. اگر مقدار B-value، 0.98 باشد با تقریب خوبی می توان گفت که فرآیند اشباع سازی نمونه با موفقیت به اتمام رسیده است.

نمونه تهیه شده با این روش به طور کلی نسبت به نمونه بازسازی شده با روش تراکم مرطوب، متراکم تر است. حتی اگر آن نمونه در سست ترین حالت خود بدون اعمال هر گونه ضربه آماده شود، این نمونه در بارگذاری های برشی فقط کمی رفتار انقباضی از خود نشان دهد. بنابراین می توان گفت که این روش برای بازسازی نمونه های با مشخصات انقباضی بالا چندان مناسب نیست و استفاده از این روش توصیه نمی شود.

لازم به ذکر است که این روش تا حدودی متفاوت از روشی است که به طور کلی به اصطلاح air pluviation نامیده می شود که در آن ماسه خشک به صورت عمودی در هوا از یک نازل کوچک به داخل قالب تخلیه می شود (Mulilis et al. 1977). این روش برای ایجاد نمونه هایی که همیشه اتساعی هستند، شناخته شده و در مطالعات اخیر چندان مورد استفاده قرار نمی گیرد.

روش سوم: رسوب در آب (Water Sedimentation)

روش رسوب در آب، یکی دیگر از روش های بازسازی نمونه در آزمایشگاه می باشد که در این روش، ماسه با آب بدون هوا و ریختن در یک قیف دارای لوله پلاستیکی که به انتهای آن متصل است، مخلوط می شود. در این روش ماسه در چهار لایه، از ارتفاع صفر با سرعت ثابت در داخل قالب ریخته می شود. اما این ریزش باید به نحوی صورت گیرد که سطح آب همیشه منطبق بر سطح ماسه باشد همان گونه که در شکل 1 نشان داده شده است.

در روش دیگر، ماسه خشک به کمک یک نازل با قطر 1 الی 2 میلی متر دقیقاً از بالای سطح آب، داخل قالب ریخته می شود و اجازه داده می شود تا ماسه به اندازه 2 تا 3 سانتی متر در زیر سطح آب رسوب کند. در هریک از دو روش فوق، فرآیند ته نشین شدن ماسه در زیر آب به صورت پیوسته و بدون هیچ گونه خللی انجام می شود تا جدایی قابل ملاحظه ای بین مصالح صورت نگیرد. اگر قرار باشد تا نمونه با تراکم بیشتری تهیه شود باید به قالب به صورت هم زمان با ریزش ماسه ضربه زده شود.

در روش خاصی که توسط دوبری (1991) توسعه یافته است، مقدار از پیش تعیین شده ای از ماسه در آب ریخته می شود و برای مدتی از 30 دقیقه تا 24 ساعت به آن اجازه داده می شود تا کاملاً ته نشین شوند. در این فرآیند ته نشینی، مواد درشت دانه در پایین رسوب کرده و ته نشین می شوند و ریزدانه‌ها در بالا قرار می گیرند. در بالای این لایه، مجدداً به مقدار مساوی از همان خاک ریخته شده و به همان شکل قبل اجازه داده می شود تا نمونه ته نشین شود. این رسوب گذاری مرحله ای 4 تا 5 بار تکرار می شود تا نمونه آزمایشی کامل ساخته شود. این نمونه ظاهراً ناپیوسته، گاهی اوقات به بهترین نحو رفتار صحرایی ماسه های سیلتی با ساختار طبقه بندی شده را نشان می‌دهد.

در هر یک از روش های بازسازی نمونه در آزمایشگاه که در بالا ذکر شده، پس از اتمام کار در قالب، درپوش بالایی نصب می شود و گاز دی اکسید کربن در نمونه به گردش در می آید. در حالی که خلاء 2 تا 5 کیلوپاسکالی اعمال شده و قالب از نمونه جدا می شود. نمونه ای که با روش اول در این گروه تهیه می شود، تمایل به تخلخل کمتری دارد به همین دلیل برای ایجاد نمونه هایی با رفتار انقباضی پیشنهاد نمی شود.

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
• ژئوفیزیک (Geophysics)
• آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
• آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)

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)
• 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)

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)
• زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
• پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
• دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)

در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید : 

• معرفی نرم افزار SAFE
• معرفی نرم افزار SAP2000
• معرفی نرم افزار Plaxis

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

• تخریب ساختمان چیست؟ مراحل و هزینه تخریب اصولی (Building Demolition)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

• سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
• سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
•  سوله چیست؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
• انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
• آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله

مطالب مرتبط :

• geos-laboratories , Soil Testing Laboratory
• uwlab , Lab Procedures And Methods