مقاومت تراکم دوشنبه پنجم فروردین ۱۳۹۲ 19:4

مقاومت تراکم مقاومت تراکمى يک نمونه خاک يا سنگ عبارت است از مقاومت نمونه در مقابل نيروهاى قائمه وارد بر واحد سطح و در زمانيکه مقاومت نمونه کمتر از نيروى وارده بر واحد سطح خود باشد، گسيختگى نمونه صورت مى گيرد. سطح گسيختگى معمولاً زاويه کوچکتر نسبت به محور اعمال نيروى حداکثر مى سازد.   نحوه ارزيابى مقاومت تراکمى در سنگها وخاک ها براى ارزيابى و مقاومت تراکمى سنگها وخاکها از 2 آزمايش زير بهره مى گيريم: الف- آزمايش تراکم تک محورى ب- آزمايش تراکم سه محورى   آزمايش تراکم تک محورى در اين آزمايش نمونه سنگ يا خاک فقط در محور طولى تحت بارگذارى تراکمى قرار مى گيرد وبارگذارى تا رسيدن به مرحله گسيختگى ادامه مى يابد. نيروى تراکمى وارده بر واحد سطح در زمان گسيختگى مقاومت تراکمى را نشان مى دهد. با توجه به اينکه خاکها اجسام ناپيوسته اى هستند نمى توانند با اين روش مورد ارزيابى قرار گيرند(فقط برخى خاکهاى رسى که کاملاً چسبيده هستند توسط اين روش آزمايش مى شوند.   آزمايش تراکم سه محورى در اين آزمايش بارگذارى در 2 مرحله انجام مى شود: در مرحله اول فشار همه جانبه روى نمونه اعمال مى شود واين فشار در طول آزمايش ثابت نگه داشته مى شود(علاوه بر محور طولى در همه جهات)مقدار فشار همه جانبه متناسب با شرايط محلى وعمق برداشت نمونه تنظيم مى شود). در اين آزمايش نمونه خاک يا سنگ در داخل يک محفطه يا يک سلول داراى فشار آب (براى خاک) ويا فشار روغن (براى سنگ) قرار مى گيرد وفشار همه جانبه روى نمونه وارد مى شود واين فشار در طول آزمايش ثابت نگه داشته مى شود. براى ساخت يک سازه در روى زمين مى تواند شرايط طبيعى زمين را محاسبه کرد ورفتار خاک وسنگ را براساس اين اطلاعات بررسى کرد. درمرحله بارگذارى: در اين مرحله بارگذارى محورى روى نمونه اعمال مى شود واين بارگذارى تا گسيختگى کامل نمونه ادامه مى يابد.   مقاومت تراکمى خاکها آزمايش تک محورى- آزمايش سه محورى آزمايش تراکم تک محورى(براى خاکها)= آزمايش تراکم غير محصور (uncofiend coupression test) اين آزمايش فقط براى خاک هاى کاملاً چسبيده مثل رس ها انجام مى گيرد. در اين آزمايش نمونه مورد بارگذارى محورى قرار مى گيرد تا به گسيختگى نهائى برسد. نتايج حاصل از آزمايش را مى توان به صورت رسم داير موهر نشان داد. نکته:شرايط نمونه مورد آزمايش (تک محورى وسه محورى) 1- ابعاد نمونه :بايد طول نمونه 3-2 برابر قطر باشد وقطر هم با توجه به اجزاء تشکيل دهنده تعيين مى شود اما قطر نمونه بايد حداقل 10 برابر قطر اجزا تشکيل دهنده باشد 2- سطوح بارگذارى:بايد کاملاً‌ صاف وهموار باشد 3- ميزان بارگذارى:بايد يکنواخت وبطور پيوسته با ميزان 1 کيلو نيوتن بر ثانيه اعمال شود 4- شرايط نمونه –بايد حد المکان شرايط طبيعى خود را حفظ کرده باشد. آزمايش تراکم سه محورى براى خاکها :آزمايش تحکيم يافته وزهکشى شده(CD)- آزمايش تحکيم يافته وزهکشى نشده (W)-آزمايش تحکيم نيافته وزهکشى نشده (W) Consolidated drained test Consolidated undrained test Unconsolidated undrained test   بررسى خصوصيات اين آزمايشات در يک جدول   آزمايش تحکيم يافته وزهکشى شده(cd) در اين آزمايش دو مرحله باگذارى داريم که در هر مرحله امکان خروج آب از نمونه فراهم است. نمونه در داخل يک پوشش پلاستيکى قرارداده مى شود بطوريکه هيچگونه امکان نفوذ يا خروج آب از نمونه وجود ندارد ودر قسمت بالا وپائين نمونه صفحه اى متخلخل از جنس پوکه معدنى يا سنگ متخلخل تعبيه شده که در اثر فشار روى نمونه آب از اين قسمت از محيط خارج شود. سپس نمونه بسته مى شود (تحکيم) وآب از بالا وپايين خارج شده ودر مسير لوله هائى هدايت مى شود ضمناً کل مجموعه در داخل محفظه اى است که فشار همه جانبه را اعمال مى کند. اين در آزمايش CD در مرحله 1: فشار همه جانبه در مرحله 2:فشار همه جانبه + فشار محورى وبه همين علت وقتى ما مى خواهيم روى خاک دانه درشت بارگذارى انجام دهيم در شرايط طبيعى در حضور فشار همه جانبه آب از محيط خارج مى شود ودر اثر بارگذارى محورى آب بيشترى از محيط خارج مى شود وچون ضريب نفوذ پذيرى بالا مى رود در نتيجه آب به راحتى از محيط خارج مى شود. آزمايش تحکيم يافته وزهکشى نشده (Cu) دراين آزمايش چون اندازه خاک ريزتر مى شود لذا در شرايط طبيعى فشارهاى همه جانبه وجود دارد وشرايط خروج آب فراهم است وخاک متراکم مى گردد. اما پس از اعمال بارگذارى (مثلاً ساختن يک سازه در زمان کوتاه) اين افزايش فشار نمى تواند آب را از محيط خارج کند. (چون ذرات ريز وفضا کم آب از محيط خارج نمى شود) پس در مرحله اول u=0 در مرحله دوم u>0   آزمايش تحکيم نيافته زهکشى نشده (VV) در اين حالت که خاک چسبنده و رسى مى باشند چه در مرحله اول وچه در مرحله دوم امکان خروج آب از محيط وجود ندارد زیرا: در مرحله اول u>0 ودر مرحله دوم u>0   ارزيابى نتايج حاصل از آزمايش CD مثال: نمونه اى از يک خاک فاقد چسبندگى مورد آزمايش CD قرار گرفت.در زمانى که تنش هاى همه جانبه ومحورى برابر با 250نمونه گسيخته شده موارد زير را با استفاده از اطلاعات داده شده بدست آوريد: 1- زاويه اصطکاک داخلى خاک (Q) 2- زاويه سطح گسيختگى (ө) 3- تنش هاى قائم وبرشى در طول سطح گسيختگى 4- در شرايط ثابت بودن تشن محورى وبالا رفتن فشار همه جانبه آيا گسيختگى در نمونه حاصل مى شود؟ 5- درشرايط ثابت ماندن فشار همه جانبه وبالارفتن تنش محورى آيا گسيختگى در نمونه حاصل مى شود؟ ابتدا مسئله را از روش ترسيمى حل مى کنيم. محورها را کشيده وتقسيم بندى مى کنيم. طبق صورت مسئله :تنش هاى همه جانبه M3=250k2/m2 و تنش هاى محورى Ma=250 k2/m2 لذا M3 را روى محور xها جدا مى کنيم. C=0 M3=250k2/m2 - M1=Ma+M3= 250+250=500 k2/m2 c=1/2 (M1+M3)=1/2 (500+250)=375 را پيدا مى کنيم cروى محور r=1/2 ((M1-(M3)=1/2 (500-250)=125 لذا با داشتن r و بقيه اطلاعات دايره موهر را رسم مى کنيم. پس از نقطه C=0 خطى مماس بر دايره رسم مى کنيم. به اين خط مى گوئيم: پوشش گسيختگى موهو = مرز گسيختگى =Moher Failure Envelope هر نقطه اى که زير اين خط قرار دارد حالت پايدار دارد. هر نقطه اى که بالاى اين خط قرار دارد حالت ناپايدار دارد.   نکته حين انجام آزمايش CD تغييراتى بشرح زير در خاکها ديده مى شود: 1- منحنى تغييرات حجم- زمان 2- منحنى تغيير شکل محورى- تنش محورى   تعيين شاخص هاى مهندسى سنگ : شاخص هاى مهندسى سنگ که از طريق آزمايش بدست مى آيد علاوه برC،Q عبارتند از ضريب الاسيته ونسبت پوآمون.   ضرايب الاستيسیته اين شاخص ميزان الاستيسيته (ارتجاعى بودن)را در سنگ نشان مى دهد(قابليت منزيت سنگ را نشان مى دهد) واز رابطه زير محاسبه مى گردد: براى محاسبه مقدار E مى توان از روش ترسيمى تنش- کرنش استفاده کرد. با ترسيم منحنى تنش – کرنش مى توان حالات مختلف الاستيسيته را در سنگ نشان داد (4 حالت داريم)   حالت الف:حالت الاستيک خطى داريم در اين حالت مسير بارگذارى منطبق بر مسير بارزائى است. اين حالت براى شرايطى است که سنگ سخت واشباع باشد. (کريستاليزه ، آذرين ،دگرگونى) اين سنگها در اثر بارگذارى فشرده شده ودر اثر بار زدائى به حالت اول بر مى گردد. شروع آزمايش تنش بيشترى اعمال مى گردد ولى کرنش کمترى بدست مى آيد. در انتهاى آزمايش تنش کمترى اعمال مى گردد ولى کرنش بيشترى حاصل مى شود. ولى در انتها بابارزدائى نمونه ،نمونه به حالت اوليه بر مى گردد. در شروع آزمايش اجزای تشکيل دهنده سنگ مقاومت زيادى دارند از خود نشان مى دهند وبا ارائه آزمايش نمونه متراکم مى شود در نتيجه مقاومت بالا رفته ولى اين جابجايى در حد الاستيک است وهيچگونه خردشدگى وجابجائى در حد الاستيم است وهيچگونه خرد شدگى وجابجائى در سنگ بوجود نمى آيد. پس سنگهايى که در ترکيب کانى شناسى خود عناصرى فلزى(مثل الويسن ،پيروکسن،....) داشته باشند اين رفتار را از خود نشان مى دهند .   ب- مدول الاستيسيته قاطع( ES) در اينحالت نقطه شروع منحنى را به نقطه انتهائى منحنى وصل مى کنيم وE=M/g بدست مى آيد.(شيب خط بيانگر ES HSJ( نکته :بر طرح هاى مهندسى ميران بارگذارى روى زمين بايد در محدوده ضريب الاستيسيته باشد(محدوده الاستيک) که اين محدوده در نقطه تسليم پايان مى گيرد.ونقطه تسليم معمولاً 60% مقاومت حداکثر نمونه را نشان مى دهد)   حالات مختلف نقطه E (نقطه تسليم) حالت 1: ممکن است در اثر بارگذارى در يک سنگ نقطه D,C,B بزير شوند (سنگ در منطقه B مى شکنندومراحل بعدى طى نمى شود) سنگ هاى شکننده اين رفتار را خودشان نشان مى دهند (سنگهايى که عناصر فلزى آن کم است) حالت 2: ممکن است در اثر بارگذارى نقطه C,B برابر شود ولى سنگ در نقطه D شکند. سنگهايى که وراى عناصر غير فلزى باشند(مثل بازالت ،ديوزيت و ...) اين حالت را در خود نشان مى دهند. حالت 3:نقاط D,C,B متقاوت از هم هستند. سنگ هاى نرم مثل شيل مارنها.... اين حالت را از خود نشان مى دهند. نکته:بافت سنگ وهمگنى سنگ هم مى تواند روى ضريب الاستيسيته موثر باشد هر چه بافت سنگ ريزش----شريب الاستيسيته بالاتر مثلاً ضريب بازالت بالاتر از گرانيت است. هر چع سنگ همگن تر از نظر ترکيب شيميائى،کانى شناسى،اندازه بلور ....) ضريب الاستيسيته بالاتر .   2- نسبت پوآسون عبارت است از نسبت تغيير شکل نظرى به تغيير شکل محورى . اين اطلاعات از روى منحنى تنش کرنش (منحنى فوق)بدست مى آيد وما مى توانيم در هر نقطه اين نسبت ها را بدست آوريم که چه مقدار تغيير شکل محورى ونظرى داريم.   تنش موثر بر مقاومت تراکمى سنگ ها: 1- ابعاد هندسى نمونه توسط قطر وطول معرفى مى شود. 2- در نمونه استاندارد طول بايد 21 الى 3 برابر قطر باشد. حال: اگر طول مثبت وافزايش يابد – مقاومت نمونه بالا مى رود. برعکس اگر طول افزايش يابد وقطر ثابت- مقاومت نمونه کم مى شود. 2- اثر فشارهاى همه جانبه هر چه فشار همه جانبه بيشتر شود (M3) مقاومت هم بيشتر مى شود وبا افزايش M3 M1هم بيشتر مى شود. 3- فشار آب بين منفذى با افزايش فشار آب بين منفذى مقاومت نمونه کم مى شود 4- سرعت بارگذارى هر چه سرعت بارگذارى بيشتر باشد مقاومت نمونه کم مى شود. 5- جنس سنگ هر چه سنگ سخت تر وصلب تر باشد منحنى M-g شيب بيشترى را نشان مى دهد (استقامت سنگ براى تحمل نيروهاى تراکمى بيشتر است) 6- ميزان تخلخل هر چه تخلخل سنگ بيشتر باشد مقاومت تراکمى آن کمتر است. نکته :Ea معرفى کرنش محورى است (M تقاهم معرفى کرنش محورى است) نکته: Ed هميشه بايد به صورت کامل ادا مى شود. معمولاً تغيير شکل نظرى اجسام کمتر از تغيير شکل محورى آنها است.در جدول زير خلاصه اى از مقدار نسبت پوآسون براى برخى اجسام نشان داده شده است.   نوع داده آب مواد خميرى سنگهاى سست سنگهاى تخت سنگهاى شکننده لا 1 5/0 3/0 2/0 1/0   مثلاً در مورد مواد خميرى تغيير شکل محورى 2 برابر تغيير شکل نظرى است. D=Ed/Ea=1/2 نکته :با استفاده از نسبت پوآسون مى توان ميزان تنش هاى جانبى (برجا) را پيش بينى کرد. وقتى جسمى در جهت طول فشرده مى شود در جهت عرضه منبسط مى شود روى سنگ هاى اطراف فشار وارد مى شود.از روى نسبت پوآسون فشارهاى حانبى را در منطقه بررسى مى کنيم. در عمق براى بررسى فشارهاى همه جانبه از ضريب رانشى زمين (K) بهره مى گيريم.لاk= مثال: در شرايط که ضريب پوآسون يک سنگ برابر 25/0 باشد فشار همه جانبه وارده بر ديواره تونل حفر شده در عمق 20 متر از سطح زمين را بدست آوريد.لازم به ياد آورى است که وزن واحد حجم سنگ در محل حفر تونل برابر با kg/m3 است. مثال: سدى به ارتفاع 150 متر احداث شده است. فشار وارده بر ديواره زمانيکه سطح تراز آب 10 متر زير تاج شده ار محاسبه کنيد. W hw kلاMw = Ew=10×140×1=1400kn 7- تراکم نسبى –عوامل دانه بندى ذرات : شکل ذرات،نوع سيمان سنگ وابسته است.هرچه تراکم نسبى سنگ بيشتر- مقاومت تراکمى بيشتر 8- درصد رطوبت هر چه درصد رطوبت نمونه مورد آزمايش بيشتر- مقاومت تراکمى کمتر درصد رطوبت بالا سبب بالا نرفتن فشار آب بين منفذى شده ودر نتيجه موثر اثر بين دانه اى کاهش مى يابد –سبب پائين آمدن مقاومت نمونه در زمان گسيختگى مى شود. از طرفى درصد رطوبت سبب پائين آمدن مقاومت برشى در سطوح ناپيوستگى در مرحله رفتار بر تيل مى شود-مقاومت تراکمى کم مى شود. 9-جهت يايى سطوح ناپيوستگى اين عامل را با رسم يک نمودار نمايش مى دهيم . در سنگهاى ضخيم لايه –Max مقاومت را زمانى داريم که سطوح ناپيوسته در راستاى محور بارگذارى باشد (صفر درجه) در سنگهاى نازک لايه -Max مقاومت را زمانى داريم که که سطوح ناپيوسته در جهت عمود بر محور بارگذارى باشد (90).
نوشته شده توسط محمد مهدی مالکی  | لینک ثابت |