کاربرد آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک

در این مقاله می‌خواهیم در مورد آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک صحبت کنیم و از نزدیک با مفهوم، هدف و چگونگی انجام این آزمایش آشنا شویم. تحکیم خاک چیست؟ تحکیم یا تثبیت خاک به فرآیندی اطلاق می‌شود که در آن حجم یک نمونه خاک اشباع (جزئی یا کامل) به دلیل تنش‌ها و فشارهای اعمال‌شده کاهش می‌یابد. این اصطلاح توسط کارل فون ترزاقی که به‌عنوان «پدر مکانیک خاک و مهندسی ژئوتکنیک» نیز شناخته می‌شود، معرفی شد. هنگامی که باری در خاکی با نفوذپذیری کم اعمال می‌شود، در ابتدا توسط آبی که در لایه‌های تخلخل یک خاک اشباع وجود دارد تحمل می‌شود و خاک در برابر کاهش حجم مقاومت نشان می‌دهد.

برای مطالعه بیشتر درباره میخکوبی و نیلینگ ابرند کلیک کنید.

این فشار اضافی با تخلیه آب از حفره‌های خاک دفع می‌شود و فشار را به اسکلت خاک منتقل می‌کند که به آن افزایش فشار آب حفره‌ای گفته می‌شود. فشاری که به‌تدریج منجر به فشرده شدن و در نتیجه نشست خاک می‌شود. فرآیند تحکیم خاک تا زمانی که خاک به بیشترین مقدار فرونشست خود برسد، ادامه می‌یابد.

هدف از انجام آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک و بررسی خاک در پروژه‌های عمرانی پیش‌بینی فشار پیش تحکیمی، تخمین سرعت نشست تحکیمی، پیش‌بینی نشست و میزان آن در سازه‌هايی است که قرار است بر روی خاک چسبنده اشباع مانند خاک رس بنا شوند. اگر شما هم در مورد آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک، نحوه آزمایش و اهداف این آزمایش کنجکاو هستید، تا انتهای این مطلب ما را همراهی کنید.

تحکیم خاک چیست؟

افزایش تنش‌ها و فشارهای اعمالی که باعث تحکیم می‌شود ممکن است به دلیل بار‌های طبیعی (مانند فرآیند‌های رسوب‌گذاری) یا بار‌های ساخته‌شده توسط انسان (مانند ساخت یک ساختمان یا یک خاکریز بالای توده خاک) یا حتی کاهش سطح آب زیرزمینی اتفاق بیفتد.

پارامترهای میران نشست خاک باید به‌دقت بررسی شوند، چرا که اگر سازه‌ای بدون توجه به این پارامترها و نتایج آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک بنا شود، ممکن است در اثر بارهای طبیعی و بارهای ساخته‌شده توسط انسان که منجر به نشست زمین می‌شوند، فروریخته و آسیب‌های جبران‌ناپذیر مالی و جانی به بار بیاورد.

مدت‌زمان فرآیند تحکیم یک موضوع حیاتی است و به‌شدت به نفوذپذیری خاک تحت بار و مسیر‌های زهکشی بستگی دارد. به‌طور کلی، تحکیم در خاک‌های شنی یک فرآیند سریع است (احتمالاً بلافاصله در طول ساخت‌وساز رخ می‌دهد) در حالی که رخ دادن این فرآیند در خاک‌های چسبنده اشباع همانند خاک‌های رسی ممکن است سال‌ها یا حتی دهه‌ها به طول بینجامد.

بیشتر بخوانید: تزریق تحکیمی

روش ادغام معمولاً به ۳ مرحله تقسیم می‌شود:

تحکیم ابتدایی: از دست دادن سریع حجم توده خاک همراه با اعمال تنش خارجی که هوای داخل حفره‌های خاک را فشرده می‌کند.

تحکیم اولیه: نشست خاک که طی آن فشار آب حفره‌ای اضافی به اسکلت خاک منتقل می‌شود.

تحکیم ثانویه: تحکیم ثانویه که پس از تحکیم اولیه رخ می‌دهد و با تغییرات داخلی در ساختار خاک در حالی که تحت بار تقریباً ثابت قرار می‌گیرد، همراه است. این فرآیند معمولاً به‌عنوان خزش شناخته می‌شود.

بیشتر بخوانید: بهسازی خاک چیست؟

تست ادئومتر

ساده‌ترین حالت تلفیق مورد بررسی، تلفیق یک بعدی است. در این حالت کرنش جانبی توده خاک نادیده گرفته می‌شود. روش آزمایش برای تعیین کمیت خصوصیات حیاتی خاک مرتبط با تحکیم خاک، آزمایش ادئومتر است. واژه Oedometer از زبان یونانی باستان گرفته‌شده و به معنای تورم کردن است.

این آزمایش یکی از متداول‌ترین و مهم‌ترین تست‌های آزمایشگاهی در مهندسی ژئوتکنیک است. هدف آزمایش ادومتر اندازه‌گیری جابجایی عمودی یک نمونه خاک اشباع استوانه‌ای است که تحت یک‌بار عمودی در حالی که به‌صورت شعاعی محدود شده باشد، قرار گرفته است.

وسایل و تجهیزات مورد نیاز برای انجام آزمایش

وسایل و تجهیزات مورد نیاز برای انجام آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک به شرح زیر است:

وسیله بارگذاری آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک: وسیله بارگذاری وسیله‌ای مکانیکی است که می‌تواند افزایش بارهای موردنیاز را باسرعت و دقت بالا و تحت کنترل بدون اینکه ضربه‌ای به خاک وارد کند، به نمونه خاک وارد سازد. این وسیله باید قادر به نگهداری بارهای معین برای مدت طولانی باشد و دقت نیم درصد بار اعمال‌شده را نیز محاسبه کند.

تحکیم سنج: تحکیم سنج نام دستگاهی است که از آن برای نگه‌داشتن خاک نمونه در حلقه به کمک صفحات متخلخل استفاده می‌شود. تحکیم‌سنج باید قادر به غرقاب کردن نمودن نمونه، انتقال بار عمودی متحدالمرکز به صفحات متخلخل و اندازه‌گیری تغییر ارتفاع نمونه باشد.

بیشتر بخوانید: درباره آزمایش ارزش ماسه خاک بدانید

حلقه آزمایش: حلقه اصطکاک حلقه‌ای ثابت یا متحرک است که باید از سختی خاصی برخوردار باشد. حلقه آزمایش به کمک نیروی اصطکاک در اطراف نمونه قرار می‌گیرد و سختی و جنس آن باید به‌گونه‌ای باشد که دچار خوردگی نشود، سطح صیقلی داشته باشد و تحت فشار خاک، قطر آن بیشتر از سه‌صدم درصد قطر اولیه تغییر نکند.

صفحات متخلخل: وظیفه صفحات متخلخل و صافی‌ها در آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک، جلوگیری از ورود ذرات خاک به منافذ صفحات است. قطر صفحه متخلخل بالایی باید به‌اندازه دو دهم الی نیم میلی‌متر کمتر از قطر داخلی حلقه مورد استفاده در آزمایش انتخاب شود. جنس صفحات متخلخل معمولاً از كاربيد سيليكون (Silicone Carbide)، اكسيد آلومينيوم (Aluminum Oxide) يا مواد مشابهی است که خاصیت ضدخورندگي دارند.

وسیله تراش نمونه خاک: وسیله تراش آزمونه برای به حداقل رساندن دست‌خوردگی و همچنین جهت تراشیدن نمونه به‌اندازه قطر داخلی حلقه تحکیم سنج مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ساعت اندیکاتور: ساعت اندیکاتور یا همان نشان‌دهنده تغییر شکل برای اندازه‌گیری تغییر ارتفاع نمونه خاک و میزان فشرده شدن عمودی آن مورد استفاده قرار می‌گیرد و باید بتواند دقت‌های تا ۰.۰۰۲۵ میلی‌متر را محاسبه و نشان دهد.

دستگاه آزمایش: مطابق با استاندارد ایران برای آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک، دستگاه تحکیم خاک یا ادئومتری خاک برای انجام این آزمایش مورد نیاز است. وظیفه این دستگاه تعیین سرعت و مقدار تراکم یا فشردگی خاک و مقایسه آن‌ها با ویژگی‌های نمونه دست‌نخورده خاک است.

سایر تجهیزات مورد نیاز برای انجام آزمایش تحکیم مکانیک خاک شامل موارد زیر است:

• چکش
• وسایل کنترل ارتفاع سقوط چکش
• اسپری آب‌پاش
• خشک‌کننده
• ترازو
• ظروف تعيين درصد رطوبت

بیشتر بخوانید: جت گروتینک

خلاصه روش آزمایش

‌آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک خاک بر روی نمونه‌های دست‌نخورده خاک‌های ریزدانه آبرفتی صورت می‌گیرد. این آزمایش را به دو روش می‌توان انجام داد:

روش نخست: ثابت ماندن مقدار بار در مدت ۲۴ ساعت یا مضربی از عدد ۲۴

روش دوم: قرائت‌های تغییر شکل و زمان برای هر مرحله از افزایش‌های بار اعمال‌شده

حلقه با نمونه خاک، صفحات متخلخل، کاغذهای صافی و تحکیم سنج مطابق با روش آزمایش بر روی هم سوار می‌شوند. در مرحله بعد، تحکیم سنج درون وسیله بارگذاری قرار می‌گیرد و دستگاه شروع به اعمال بار و فشار عمودی به خاک می‌کند.

ارتفاع اولیه علامت زده می‌شود و سپس بارهای لازم به نمونه خاک اعمال‌شده و تغییر ارتفاع خاک ناشی از تنش‌های اعمال‌شده به‌عنوان قرائت اول یادداشت می‌شود. برای جلوگیری از تورم نمونه خاک، بار اعمالی در صورت نیاز افزایش داده می‌شود و اگر فشار بار اعمالی منجر به تغییر ارتفاع قابل توجهی شود، مقدار بار کاهش داده می‌شود. اگر نمونه دست‌نخورده است، پس از اعمال بار خاک باید غرقاب شود.

در مرحله آخر پس از یادداشت نتایج و قرار دادن اعداد در فرمول ترزاقی و ملاک قرار دادن جدول گزارش آزمایش تحکیم ، ‌آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک به اتمام می‌رسد.

پایدارسازی گود روشی ایمن برای استحکام سازه

سخن پایانی

در این مقاله در مورد ‌آزمایش تحکیم یک بعدی مکانیک صحبت کردیم و متوجه شدیم که هدف از انجام این آزمایش، تعیین مشخصه‌های فشار پیش تحکیمی، تخمین سرعت نشست تحکیمی، پیش‌بینی نشست و تعیین میزان آن در پروژه‌های عمرانی است.