دستورالعمل آزمایش تعیین مقاومت فشاری تک محوری  (نامحصور) ماده سنگ (Unconfined Compression Test)

بسیاری از پروژه های عمرانی کشور نظیر پایدارسازی گودهای عمیق، سدسازی، راهسازی و معادن، همواره با حجم عظیمی از عملیات سنگی مواجه هستند. بدیهی است که تعیین مشخصه های مقاومتی سنگ، نقشی کلیدی در طراحی صحیح این پروژه ها ایفا می کند. با توجه به این که انجام آزمایش های صحرائی همواره به سادگی امکان پذیر نیست و هزینه های بالایی را برای عوامل پروژه به دنبال خواهد داشت به همین دلیل آزمون های آزمایشگاهی در این شرایط برای تعیین مشخصات مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. آزمایش تعیین مقاومت فشاری تک محوری (یا نامحصور)، یکی از متداول ترین آزمون های آزمایشگاهی در مکانیک سنگ است و در این مقاله سعی شده است تا مخاطب به نحوی مناسب با جزئیات دستگاه ها و مراحل این آزمایش آشنا شود.

هدف آزمایش تعیین مقاومت فشاری تک محوری

هدف از این آزمایش، تعیین مقاومت فشاری نامحصور نمونه های استوانه ای شکل از ماده سنگ است.

اهمیت و موارد استفاده آزمایش تعیین مقاومت فشاری تک محوری

همانطور که بیان شد به جرأت می توان گفت این آزمایش از مهم ترین و رایج  ترین آزمایش های مکانیک سنگ است و نتایج به دست آمده از آن در بسیاری از موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

• مقایسه استحکام سنگ های مختلف جهت طبقه بندی سنگ های مختلف از دیدگاه مقاومت فشاری نامحصور
• استفاده از نتایج به دست آمده در سیستم های دیگر طبقه بندی سنگ ها
• محاسبه مقدار مقاومت فشاری سنگ به عنوان یک پارامتر شاخص مهم در مهندسی سنگ
• ارزیابی تاثیر میزان درصد رطوبت بر مقاومت فشاری نامحصور سنگ و مقایسه مقاومت های مختلف یک سنگ در ازای درصد رطوبت های مختلف
• به دست آوردن نسبت پواسون، مدول الاستیسیته و  هم چنین ترسیم منحنی تنش – کرنش در توده سنگ

بیشتر بخوانید: تخریب ساختمان

محدودیت آزمایش تعیین مقاومت فشاری تک محوری

انجام این آزمایش اغلب برای تعیین مقاومت سنگ های نرم، وارونده (Slaky) در حالت اشباع و سنگ های حساس به تغییر رطوبت امکان پذیر نمی باشد.

ابزار آزمایش تعیین مقاومت فشاری تک محوری ماده سنگ

دستگاه آزمایش از اجزای زیر تشکیل شده است:

• سیستم بارگذاری جهت اعمال و اندازه گیری بار محوری. این دستگاه باید توان کافی برای اعمال بار محوری بر آزمونه را مطابق شرایط بیان شده در ادامه این دستورالعمل دارا باشد. علاوه بر این، این دستگاه باید با مشخصات ثبت شده در یکی از استانداردهای بین المللی مطابقت داشته باشد.
• دیسک های فولادی با حداقل سختی راکوِل 58 (Rockwell) در مقیاس C (HRC) بوده، که در دو انتهای نمونه قرار می گیرد. اندازه قطر این صفحه ها باید دست کم معادل قطر نمونه و یا حداکثر 2 میلیمتر بیشتر از آن باشد. بزرگی دیسک ها باید حداقل 15 میلی متر یا ₃\¹ قطر نمونه باشد و رویه آن ها با دقت 0.005 میلیمتر صاف باشد.
• صفحه بارگذاری دستگاه با یک مفصل کروی که روی سطح نمونه قرار می گیرد، همراه است. این مفصل باید ابتدا کمی روغن کاری شود تا پس از باربرداری (جدا شدن صفحه بارگذاری از آن) ثابت و بدون حرکت باقی بماند. نمونه آزمایش، صفحه های دیسکی شکل و مفصل کروی باید نسبت به یکدیگر و نسبت به صفحه بارگذاری به دقت تنظیم شده و در راستای محور مرکزی قرار گیرند. مرکز انحنای مفصل باید بر مرکز سطح مقطع نمونه آزمایش منطبق باشد.

بیشتر بخوانید: نیلیلنگ

آماده سازی نمونه

نمونه آزمایش باید طبق مشخصات مندرج در زیر آماده گردد:

1.  نمونه مورد آزمایش باید یک نمونه استوانه ای با نسبت ارتفاع به قطر 2 تا 3 باشد. بهتر است قطر نمونه از قطر مغزه های با اندازه NX (حدود 54 میلی متر) کم تر نباشد. علاوه براین، حداقل قطر آزمونه باید 10 برابر بزرگترین سنگدانه تشکیل دهنده آن باشد.
2. دو انتهای نمونه باید با دقت 0.02 میلیمتر تخت بوده و میزان انحراف آن از راستای محور عمودی نباید از 0.001 رادیان یا 0.05 میلی متر در 50 میلیمتر بیشتر باشد.
3. سطح جانبی نمونه آزمایش باید صاف و عاری از هرگونه ناهمواری چشمگیر باشد. میزان انحراف سطح جانبی نمونه در تمام ارتفاع آن کمتر از 0.3 میلی متر باشد.
4. آزمونگر تنها اجازه دارد تا دو انتهای نمونه را صیقل دهد و استفاده از هر گونه مواد پوششی و انجام اقدامات اصلاحی بر روی نمونه غیر مجاز است.
5. قطر نمونه در بالا، پایین و وسط نمونه باید با دقت 0.1 میلی متر اندازه گیری شده و میانگین مقادیر برای محاسبه سطح مقطع مورد استفاده قرار گیرد. آزمونگر می تواند ارتفاع نمونه را با دقت 1 میلی متر اندازه گیری نموده و گزارش نماید.
6. نحوه نگهداری نمونه ها در انبار باید به گونه ای باشد تا رطوبت طبیعی نمونه تا حد امکان حفظ شود. مدت نگهداری نمونه در انبار نباید از 30 روز تجاوز نماید.
7. شمار نمونه های آزمایش باید با توجه به مواردی مانند نوع سنگ، ویژگی های آن و دقت مورد نظر، تعیین شود. ولی بهتر است برای حصول اطمینان بیشتر حداقل 5 آزمونه مورد آزمایش قرار بگیرد.

مراحل اجرای آزمایش

ترتیب مراحل این آزمایش به صورت زیر می باشد:

الف) پیش از انجام هر آزمایش، آزمونگر باید توانایی مفصل ها نسبت به گردش آزادانه در محل خود را کنترل نماید.

ب) صفحات بارگذاری بالایی و پایینی و سطوح نمونه باید به طور کامل تمیز شود و نمونه به گونه ای بر روی صفحه پایین قرار گیرد که محور نمونه با مرکز دوران مفصل های کروی در یک امتداد قرار گیرد. در همان حال که بار به تدریج روی نمونه وارد می شود، بخش متحرک مفصل کروی باید به شکلی تنظیم شود که سطح نمونه را به طور کامل پوشش دهد.

ج) بار باید به طور پیوسته و بدون اعمال ضربه و با ضرب آهنگی ثابت بر نمونه آزمایش وارد شود. کم و زیاد شدن سرعت بارگذاری سبب غیر واقعی شدن تغییر شکل به وجود آمده در نمونه می شود و به تبع نمی توان به نتایج به دست آمده اعتماد نمود. ( به صورت کلی اگر بارگذاری با آهنگی مناسب انجام شود، شکست نمونه در بازه زمانی 5 تا 10 دقیقه ای رخ می دهد.)

 د) بیشترین بار وارد شده بر نمونه با دقت %1 بر حسب کیلونیوتن یا مگانیوتن در گزارش ثبت می گردد.

محاسبات

مقاومت فشاری نامحصور از تقسیم حداکثر بار وارده بر نمونه آزمایش بر مساحت سطح مقطع اولیه نمونه به دست می آید.

گزارش نتایج

یک گزارش مناسب باید اطلاعات زیر را شامل شود:

• توصیف نمونه مورد آزمایش از منظر سنگ شناسی
• محل نمونه برداری (موقعیت جغرافیایی، عمق و جهت گیری)، روش و تاریخ نمونه گیری و البته تاریخ انجام آزمایش و وضعیت نگهداری نمونه در انبار
• ابعاد نمونه (ارتفاع و قطر) با دقت های مذکور
• درصد رطوبت و درجه اشباع نمونه
• مدت زمان انجام آزمایش و آهنگ بارگذاری یا تغییر شکل در آن
• جهت محور بارگذاری نسبت به راستای ناهمسانی نمونه همانند؛ صفحات لایه بندی، تورق و رخ (کلیواژ)
• ذکر تعداد نمونه های آزمایش شده
• نوع و مشخصات دستگاه آزمایش
• توصیف نحوه شکست نمونه (برش، قاچ طولی و …)
• اطلاعات فیزیکی و قابل مشاهده نمونه نظیر تخلخل، وزن مخصوص، نفوذپذیری و … با ذکر روش تعیین هر یک از متغیرهای بیان شده
• مقاومت فشاری نامحصور برای هر یک از نمونه های آزمایشگاهی همراه با میانگین نتیجه ها برای هر نوع سنگ با دقت 1 درصد بر حسب کیلوپاسکال یا مگاپاسکال
• اگر در مواردی آزمایش نمونه ها درست بر پایه مشخصات دستورالعمل حاضر میسر نباشد، موارد تفاوت باید در گزارش آزمایش بیان شود.

منابع:

1. نشریه شماره 737 سازمان برنامه و بودجه کشور “دستورالعمل انجام آزمون های آزمایشگاهی و صحرایی مکانیک سنگ”

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
• ژئوفیزیک (Geophysics)
• زمین شناسی (Geology)
• آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
• انواع آزمایش های المانی بررسی رفتار روانگرایی خاک ها Different Types of Element Test for Soil) Liquefaction Assessment)
• روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
• روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
• تحقیقات محلی در پروژه های ژئوتکنیک دریایی (Offshore geotechnical Site Investigation)
• 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)
• معایب و خطاهای آزمایش برش مستقیم Disadvantages of) Direct Shear Test)
• پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
• نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
• خاک ‌های رمبنده (Collapsible Soil)
• آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)
• آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
• مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
• آزمایش های تعیین درصد رطوبت و شاخص دوام وارفتگی در سنگ ها (Water content of rock)
• آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ (Experiment to determine the porosity and dry density of rock)
• دستورالعمل آزمایش تعیین مقاومت فشاری تک محوری (نامحصور) ماده سنگ (Unconfined Compression Test)
• 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)
• آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
• ژئوتکستایل چیست؟ (?What is a Geotextile)
• ژئوممبران چیست؟ (?what is geomembrane)
• ژئوفوم چیست؟ (What is Geofoam)
• فوم بتن چیست؟ (What is Foam Concrete)
• جی سی ال چیست؟ (?what is GCL)
• بررسی اثر مدل رفتاری مور کولمب اصلاح شده بر رفتار گود های مهار شده
• مدلسازی تأثیر پارامتر های هندسی روش انکراژ بر پایداری گود های عمیق شهری با نرم افزار آباکوس
• مطالعه طول بهینه نیل در روش نیلینگ با استفاده از رویکرد تعادل حدی
• استفاده از اعضای مارپیچ در فعالیت های ژئوتکنیکی (Helical Nails & Anchors)
• دستگاه و تجهیزات تزریق دوغاب سیمان (ست تزریق) (Cement Grouting Equipment)
• آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ (Experiment to determine the porosity and dry density of rock)

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)
• بررسی موردی عملکرد ستون های جت گروتینک در بهسازی بستر پی گسترده
• بهسازی خاک به روش میکروپایل یا ریز شمع (Micropile & Underpinning)
• بررسی عملکرد ستون های شنی در بهسازی خاک
• تنش های موضعی در تک شمع مجاور گودبرداری با سیستم های سازه نگهبان خرپایی، سپری فلزی و روش شمع
• اختلاط عمیق خاک (Deep Soil Mixing)

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

• معرفی نرم افزار Plaxis
• معرفی نرم افزار GEOSLOPE
• معرفی نرم افزار AutoCAD
• معرفی نرم‌ افزار ETABS
• معرفی نرم افزار SAP2000
• معرفی نرم افزار SAFE
• معرفی نرم افزار ABAQUS
• معرفی نرم افزار FLAC
• معرفی نرم افزار MIDAS

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

• مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
• رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
• گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
• گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
• گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)

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
• مطالب مرتبط :
• theconstructor , Determine Unconfined Compressive Strength
• pressbooks , Unconfined Compressive Strength test