برنامه های درس مکانیک خاک و پی
برنامه های درس مکانیک خاک و پی شامل موارد زیر است:
داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﺧﺎك، ﺗﻌﻴﻴﻦ داﻣﻨﺔ اﻧﺪازه ذرات ﻣﻮﺟﻮد در ﺧﺎك و ﺗﻮزﻳﻊ وزﻧﻲ آﻧﻬﺎﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺮﺣﺴﺐ درﺻﺪي از وزن ﻛﻞ ﺧﺸﻚ ﺧﺎك ﺑﻴﺎن ﻣﻲ ﺷﻮد. ﻣﻌﻤﻮﻻً دو روش ﺑﺮاي ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻨﺤﻨﻲ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد:
1- آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﺑﺮاي ذراﺗﻲ ﺑﺎ ﻗﻄﺮ ﺑﺰرﮔﺘﺮ از 0.075 ﻣﻴﻠﻴﻤﺘﺮ و
2- آزﻣﺎﻳﺶ ﻫﻴﺪروﻣﺘﺮي ﺑﺮاي ذراﺗﻲ ﺑﺎ ﻗﻄﺮ ﻛﻮﭼﻜﺘﺮ از 0.075 ﻣﻴﻠﻴﻤﺘﺮ.
در اداﻣﻪ ﻣﺒﺎﻧﻲ آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي آزﻣﺎﻳﺶ ﻫﻴﺪروﻣﺘﺮي ﺗﺸﺮﻳﺢ ﻣﻲ ﺷﻮد.
آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﻋﺒﺎرت اﺳﺖ از ﻟﺮزاﻧﺪن ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺧﺎك ﺑﺮ روي ﻳﻚ ﺳﺮي اﻟﻚ ﻛﻪ اﻧﺪازه ﻫﺎي آن ﺑﻪ ﺗﺮﺗﻴﺐ از ﺑﺎﻻ ﺑﻪ ﭘﺎﻳﻴﻦ ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ. در ﺟﺪول 1-6 ﺷﻤﺎره و اﻧﺪازة روزﻧﻪ ﻫﺎي اﻟﻚ ﻫﺎي اﺳﺘﺎﻧﺪارد آﻣﺮﻳﻜﺎﻳﻲ اراﺋﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ.
ﺟﺪول 1-6 اﻧﺪازه اﻟﻚ ﻫﺎي اﺳﺘﺎﻧﺪارد آﻣﺮﻳﻜﺎﻳﻲ
ﺑﺮاي آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي، اﺑﺘﺪا ﺧﺎك در ﻛﻮره ﺧﺸﻚ ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺳﭙﺲ ﻛﻠﻮﺧﻪ ﻫﺎي ﺧﺎك ﻛﺎﻣﻼً ﺧﺮد ﺷﺪه و ﻧﻤﻮﻧﻪ از اﻟﻜﻬﺎ ﻋﺒﻮر داده ﻣﻲ ﺷﻮد. در ﺷﻜﻞ 1-15 ﻳﻚ ﺳﺮي اﻟﻚ اﺳﺘﺎﻧﺪارد ﻛﻪ ﺑﺮ روي ﻟﺮزاﻧﻨﺪة ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﻗﺮار دارﻧﺪ و از آن ﺑﺮاي آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي در آزﻣﺎﻳﺸﮕﺎه اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد، ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺑﻌﺪ از اﺗﻤﺎم ﻣﺮﺣﻠﻪ ﻟﺮزاﻧﺪن اﻟﻜﻬﺎ و ﻋﺒﻮر دادن ﻛﺎﻣﻞ ﺧﺎك از آﻧﻬﺎ، ﺟﺮم ﺧﺎﻛﻬﺎﻳﻲ ﻛﻪ در روي ﻫﺮ ﻳﻚ از اﻟﻜﻬﺎ ﺑﺎﻗﻴﻤﺎﻧﺪه، اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻣﻲ ﺷﻮد. در ﻫﻨﮕﺎم آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﺧﺎﻛﻬﺎي ﭼﺴﺒﻨﺪه، ﺷﻜﺴﺘﻦ ﻛﻠﻮﺧﻪ ﻫﺎي ﺳﻨﮓ ﺑﻪ داﻧﻪ ﻫﺎي ﺟﺪا از ﻫﻢ ﻣﺸﻜﻞ اﺳﺖ. در اﻳﻦ ﺻﻮرت ﺧﺎك را ﻣﻲ ﺗﻮان در آب ﺣﻞ ﻛﺮد ﺗﺎ ﺑﻪ ﺻﻮرت دوﻏﺎب ﺧﺎك درآﻳﺪ. دوﻏﺎب ﺧﺎك از ﻣﻴﺎن اﻟﻜﻬﺎ ﻋﺒﻮر داده ﺷﺪه و ﻣﻘﺪار ﺑﺎﻗﻴﻤﺎﻧﺪه در روي اﻟﻚ در ﻛﻮره ﺧﺸﻚ و ﺗﻮزﻳﻦ ﻣﻲ ﺷﻮد.
ﺷﻜﻞ 1-51 آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺳﺮي اﻟﻚ
ﻧﺘﺎﻳﺞ آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﻣﻌﻤﻮﻻ ﺑﺮ ﺣﺴﺐ درﺻﺪ وزﻧﻲ ﺧﺎﻛﻬﺎي ﻋﺒﻮري از ﻫﺮ اﻟﻚ ﺑﻴﺎن ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺟﺪول 1-7 ﻧﺸﺎن دﻫﻨﺪة ﻣﺜﺎﻟﻲ از ﻣﺤﺎﺳﺒﺎت آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ.
ﺟﺪول 1-7 آزﻣﺎﻳﺶ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي (ﺟﺮم ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺧﺎك ﺧﺸﻚ – 450 ﮔﺮم)
آزﻣﺎﻳﺶ ﻫﻴﺪروﻣﺘﺮي ﺑﺮ ﭘﺎﻳﻪ اﺻﻮل ﺗﻪ ﻧﺸﻴﻨﻲ داﻧﻪ ﻫﺎي ﺧﺎك در آب ﻗﺮار دارد. وﻗﺘﻲ ﻛﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺧﺎك در آب ﻛﺎﻣﻼً ﻫﻢ زده ﻣﻲﺷﻮد، داﻧﻪ ﻫﺎي ﻣﻌﻠﻖ ﺑﺮ ﺣﺴﺐ ﺷﻜﻞ، اﻧﺪازه و وزن ﺑﺎ ﺳﺮﻋﺖ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ ﺗﻪ ﻧﺸﻴﻦ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. ﺑﺮاي ﺳﻬﻮﻟﺖ، ﻓﺮض ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺗﻤﺎم داﻧﻪ ﻫﺎي ﺧﺎك ﻛﺮوي ﻫﺴﺘﻨﺪ و ﺳﺮﻋﺖ ﺗﻪ ﻧﺸﻴﻨﻲ آﻧﻬﺎ ﻃﺒﻖ ﻗﺎﻧﻮن اﺳﺘﻮﻛﺲ ﺑﻴﺎن ﻣﻲ ﺷﻮد. در ﻧﺘﻴﺠﻪ:
ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ از راﺑﻄﻪ 1-1 ﺧﻮاﻫﻴﻢ داﺷﺖ:
ﻛﻪ در راﺑﻄﻪ ﻓﻮق
ﺗﻮﺟﻪ ﺷﻮد ﻛﻪ:
ﺑﺎ ﺗﺮﻛﻴﺐ رواﺑﻄﻪ 1-2 و 1-3 ﺑﺪﺳﺖ ﻣﻲ آﻳﺪ:
ﻣﻲ ﺗﻮان ﻧﻮﺷﺖ:
یا
ﺑﺎ ﻓﺮض
ﺧﻮاﻫﻴﻢ داﺷﺖ:
ﻣﻼﺣﻈﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﻣﻘﺪار Kﺗﺎﺑﻌﻲ از G و η اﺳﺖ ﻛﻪ ﺗﺎﺑﻌﻲ از درﺟﻪ ﺣﺮارت آزﻣﺎﻳﺶ ﻫﺴﺘﻨﺪ. در ﺟﺪول 1-8 ﻣﻘﺪار K ﺑﺮﺣﺴﺐ درﺟﻪ ﺣﺮارت آزﻣﺎﻳﺶ و ﭼﮕﺎﻟﻲ داﻧﻪ ﻫﺎي ﺧﺎك اراﺋﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ.
ﺟﺪول 1-8 ﻣﻘﺪار K در راﺑﻄﻪ 1-6
در آزﻣﺎﻳﺸﮕﺎه، آزﻣﺎﻳﺶ ﻫﻴﺪروﻣﺘﺮي در ﻳﻚ اﺳﺘﻮاﻧﻪ ﺗﻪ ﻧﺸﻴﻨﻲ ﺑﺎ 50 ﮔﺮم ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺧﺎك رد ﺷﺪه از اﻟﻚ 0.075 ﻣﻴﻠﻴﻤﺘﺮ و ﺧﺸﻚ ﺷﺪه در ﻛﻮره ﺻﻮرت ﻣﻲ ﮔﻴﺮد. ارﺗﻔﺎع اﺳﺘﻮاﻧﻪ ﺗﻪ ﻧﺸﻴﻨﻲ 18 اﻳﻨﭻ و ﻗﻄﺮ آن 2.5 اﻳﻨﭻ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ ﺑﺮاي ﺣﺠﻢ 1000 ﺳﻴﺴﻲ ﻋﻼﻣﺖ ﮔﺬاري ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻣﻌﻤﻮﻻ از ﻫﮕﺰاﻣﺘﺎﻓﺴﻔﺎت ﺳﺪﻳﻢ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﺎده ي ﭘﺮاﻛﻨﻨﺪه اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد. اﺑﺘﺪا ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺎ ﻣﺎده ﭘﺮاﻛﻨﻨﺪه ﻣﺨﻠﻮط ﺷﺪه و 1 ﺗﺎ 16 ﺳﺎﻋﺖ ﺑﻪ ﻫﻤﺎن ﺣﺎل ﻣﻲ ﻣﺎﻧﺪ. ﺳﭙﺲ ﺗﻮﺳﻂ ﻫﻤﺰن، ﻣﺨﻠﻮط ﺷﺪه و ﺑﺎ اﺿﺎﻓﻪ ﻛﺮدن آب ﻣﻘﻄﺮ، ﺣﺠﻢ آن ﺑﻪ 1000 ﺳﻲ ﺳﻲ اﻓﺰاﻳﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ.
ﺷﻜﻞ 1- 16 ﻳﻚ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺳﻨﺞ از ﻧﻮع ASTM 152H را ﻛﻪ در آزﻣﺎﻳﺶ ﻫﻴﺪروﻣﺘﺮي از آن اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد را ﻧﺸﺎن ﻣﻲدﻫﺪ. وﻗﺘﻲ ﻛﻪ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺳﻨﺞ در زﻣﺎن t در ﻣﺤﻠﻮل ﺗﻌﻠﻴﻖ ﺗﻬﻴﻪ ﺷﺪه ﻗﺮار داده ﻣﻲ ﺷﻮد. ﭼﮕﺎﻟﻲ را در ﻫﻤﺴﺎﻳﮕﻲ در ﻋﻤﻖ ﻣﻮﺛﺮ L اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻣﻲ ﻛﻨﺪ. ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺗﺎﺑﻌﻲ از ﻣﻘﺪار ذرات ﺧﺎﻛﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ در واﺣﺪ ﺣﺠﻢ ﻣﺤﻠﻮل ﺗﻌﻠﻴﻖ در آن ﻋﻤﻖ وﺟﻮد دارد. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ در زﻣﺎن tذرات ﺧﺎﻛﻲ ﻛﻪ در ﻋﻤﻖ Lﻣﻌﻠﻖ ﻫﺴﺘﻨﺪ، داراي ﻗﻄﺮي ﻛﻮﭼﻜﺘﺮ از Dﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪه از راﺑﻄﻪ 1- 5 ﻣﻲﺑﺎﺷﻨﺪ. ذرات ﺑﺰرﮔﺘﺮ ﺑﻪ اﻋﻤﺎق ﺑﺰرﮔﺘﺮ ﺗﻪ ﻧﺸﻴﻦ ﺷﺪه اﻧﺪ. ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺳﻨﺞ ﻃﻮري ﻛﺎﻟﻴﺒﺮه ﺷﺪه ﻛﻪ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﻣﺤﻠﻮل ﺗﻌﻠﻴﻖ، ﻣﻘﺪار ﺧﺎﻛﻲ را ﻛﻪ در ﺣﺎﻟﺖ ﻣﻌﻠﻖ اﺳﺖ، ﺑﺮﺣﺴﺐ ﮔﺮم ﺑﺪﺳﺖ ﻣﻲ دﻫﺪ. ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺳﻨﺠﻬﺎ ﺑﺮاي ﺧﺎﻛﻲ ﺑﺎ ﭼﮕﺎﻟﻲ داﻧﻪ ﻫﺎي 2.5 ﻛﺎﻟﻴﺒﺮه ﺷﺪه اﻧﺪ. ﺑﺮاي ﺧﺎﻛﻬﺎ ﺑﺎ ﭼﮕﺎﻟﻲ داﻧﻪ ﻫﺎي دﻳﮕﺮ، ﻻزم اﺳﺖ اﺻﻼﺣﺎﺗﻲ ﺑﻪ ﻋﻤﻞ آﻳﺪ.
ﺷﻜﻞ 1-16 ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺳﻨﺞ (ﻫﻴﺪروﻣﺘﺮ) ASTM 152H
ﺷﻜﻞ 1-17 ﺗﻌﺮﻳﻒ ﻃﻮل ﻣﻮﺛﺮ L در آزﻣﺎﻳﺶ ﻫﻴﺪروﻣﺘﺮي
ﺑﺎ داﻧﺴﺘﻦ ﻣﻘﺪار ﺧﺎك ﻣﻌﻠﻖ، ﻃﻮل L و زﻣﺎن t ﻣﻲ ﺗﻮان درﺻﺪ وزﻧﻲ ﺧﺎك رﻳﺰﺗﺮ از ﻗﻄﺮ ﻣﺸﺨﺼﻲ را ﺑﺪﺳﺖ آورد. ﺗﻮﺟﻪ ﺷﻮد ﻛﻪ ﻃﻮل Lﻋﻤﻖ اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﺷﺪه از ﺳﻄﺢ آب ﺗﺎ ﻣﺮﻛﺰ ﺛﻘﻞ ﺣﺒﺎب ﻫﻴﺪروﻣﺘﺮ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ در آن ﻧﻘﻄﻪ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﻣﺤﻠﻮل ﺗﻌﻠﻴﻖ اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻣﻲ ﺷﻮد. ﻣﻘﺪار ﻋﻤﻖ Lﺑﺎ زﻣﺎن tﻣﺘﻐﻴﺮ اﺳﺖ و زﻣﺎن ﻗﺮاﺋﺖ آن در اﺳﺘﺎﻧﺪارد ASTM داده ﺷﺪه اﺳﺖ. آزﻣﺎﻳﺶ ﻫﻴﺪرو ﻣﺘﺮي ﺑﺮاي ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻨﺤﻨﻲ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﺧﺎﻛﻬﺎﻳﻲ ﺑﺎ ذراﺗﻲ ﺗﺎ 0.5 ﻣﻴﻜﺮون ﻣﻌﺘﺒﺮ اﺳﺖ.