آزمایش CBR

مقدمه

آزمایش CBR متداولترین روش تعیین مقاومت نسبی خاک ها برای راه سازی است . با استفاده از نتایج این آزمایش می توان ظرفیت باربری خاک بستر و کلیه لایه های روسازی از قبیل زیر اساس و اساس را تعیین و بر اساس آن ضخامت این لایه ها را به دست آورد . عدد CBR به صورت درصد بیان می شودو به صورت زیر محاسبه می شود.

وسایل آزمایش

1- قالب با ارتفاع 17.8 سانتی متر  و قطر 15.2 سانتی متر و حلقه بالایی و یک دیسک  پایینی به قطر 15.1 سانتی متر  و ارتفاع 6.14 سانتی متر 
2- چکش تراکم به وزن 4.5 کیلو گرم
3-دستگاه کرنش سنج برای اندازه گیری تورم خاک با دقت 0.01 میلی متر.
4-وزنه های اعمال سر بار      5-پیستون فولادی با سطح مقطع 19.34 سانتی متر مربع
6-وسیله اعمال فشار ، که با سرعت 1.3 میلی متر بر دقیقه پیستون فولادی را در خاک فرو می برد که به وسیله دو گیج ، نیرو و مقدار نفوذ آن اندازه گیری می شود.
7- مخزن آب برای اشباع کردن نمونه ها . ارتفاع آن باید طوری باشد که وقتی نمو نه ها داخل آن گذاشته شدتا 2.5 سانتی متر بالای سطح نمونه  را آب گرفته باشد.
8-گرمخانه برای خشک کردن نمونه و تعیین درصد رطوبت

آماده کردن نمونه ها :

الف) آزمایش برای مصالح با حداکثر اندازه دانه ها 3.4 اینچ (19 میلیمتر) انجام میشود.در صورتی که مصالح مورد نظر دارای دانه های بزرگتر از 19 میلیمتر باشند برای  انجام آزمایش باید دانه بندی مصالح اصلاح شود. اصلاح دانه بندی بصورت حذف دانه های بزرگتر از 19 میلیمتر  وجایگزین کردنآنها با دانه هاي شني كوچكتر از 19 ميليمتر انجام ميشود به طوري كه درصد ذرات شني (بين الك شماره 3 و 4 اينچ) در آزمون ثابت بماند.
 ب- در صورتي كه آزمايش در يك رطوبت تراكم انجام مي شود (رطوبت بهينه) سه نمونه با درصد رطوبت مورد نظر بايد تهيه شود. اين نمونه ها با سه انرزي تراكم متفاوت متراكم مي شوند تا نمونه اي با تراكم كمتر، بيشتر و نزديكي تراكم مورد نظر بدست آيد. بعد از اشباع كردن نمونه (در صورت نياز) بر روي هر كدام آزمايش نفوذ CBR انجام مي شود. عدد CBR    در تراكم مورد نظر از منحني دانسيته خشك نمونه-عدد CBR بدست مي آيد.
پ- در صورتي آزمايش براي بازه اي از رطوبت تراكم انجام مي شود براي هر رطوبت تراكم سه نمونه با انرژي تراكم متفاوت مانند حالت قبلي ساخته مي شود بعد از اشباع كردن نمونه ها (در صورت نياز) بر روي هر كدام آزمايش نفوذ انجام مي شود. از منحني هاي دانسيته خشك-عدد CBR براي هر رطوبت تراكم براي تعيين حداقل CBR در بازه رطوبت مورد نظر مورد نظر استفاده مي شود.

تئوري آزمايش

آزمايش CBR مقاومت برشي خاك را تحت شرايط كنترل شده درصد رطوبت و وزن مخصوص به دست مي دهد . اين آزمايش در نهايت يك عدد را به عنوان نسبت باربري به دست مي دهد . بديهي است كه اين عدد براي يك خاك مشخص ثابت نيست و بستگي به شرايط تراكمي و رطوبتي خاك دارد.طبق تعريف CBR يك خاك نسبت نيروي لازم براي فرو بردن پيستوني با شكل، سرعت و عمق معين در خاك موردآزمايش به نيروي لازم بر اي فرو بردن همان پيستون با همان سرعت و به همان عمق در مصالح استاندارد است،كه در رابطه زير نشان داده شده است.

مصالح استاندارد نوعي سنگ شكسته است كه با استاندارد ي طبق جدول(7-1) براي نفوذ پيستون استاندارد در آن مورد نياز است.

آزمايش CBR   معمولاً روي نمونه هايي انجام مي شود كه با درصد رطوبت بهينه متراكم شده باشند . تراكم خاك در استانداردASTMبه دو روش آزمايش تراكم استاندارد D698 و آزمايش تراكم اصلاح شده D1557 انجام مي شود که در جدول 7-2  مشخصات آنها بسته به نوع خاک آورده شده است.

پس از متراكم كردن نمونه ها تحت رطوبت بهينه، آزمايشCBR  به دو صورت انجام مي شود:
الف) قالب شامل خاك متراكم شده بلافاصله تحت آزمايش قرار مي گيرد.
ب) ابتدا نمونه متراكم شده اشباع مي شود. در اين حالت نمونه به مدت 96 ساعت در آب مستغرق شده و در حين اشباع سازي، سرباري تقريباً معادل با وزن روسازي در محل روي آن قرار مي گيرد. در هيچ حالتي وزن سربار نبايد كمتر از 4/5kg  باشد. در همين مدت مقدار تورم با فاصله زماني مشخص قرائت مي شود و در پايان دوره استغراق آزمايشCBR روي نمونه در شرايط اشباع انجام مي شود.

روش اشباع كردن آزمونه ها

الف- قالب را روي صفحه پايه نصب كنيد. ديسك پاييني را در كنار قالب قرار دهيد و روي آن يك صفحه كاغذ فيلتر قرار دهيد. مطابق آزمايش تراكم مشخص شده نمونه هاي مورد نظر را متراكم كنيد.
ب- حلقه بالايي قالب را برداشته و سطح آزمونه را با استفاده از يك خط كش لبه تيز صاف كنيد تا با لبه قالب برابر شود.صفحه پايه و ديسك پاييني را از كف قالب برداشته و قالب و نمونه را وزن كنيد. يك صفحه كاغذ فيلتر درشت را روي يك صفحه پايه مشبك قرار دهيد. قالب را سروته كرده و آن را روي صفحه پايه قرار دهيد. در اين حالت سطح آزمونه با كاغذ فيلتر در تماس است.
ج- به اندازه كافي وزنه هاي سر بار روي نمونه قرار دهيد. بار وارده برابر بار روسازي انتخاب مي شود كه بوسيله وزنه هاي 2.27 کیلوگرمی به نمونه وارد می شود و در هيچ حالتي بار وارده نبايد از 4.54 کیلوگرم کمتر باشد.

د- نمونه را در آب غوطه ور كنيد. به نمونه اجازه دهيد مدت 26 ساعت آب جذب كند قرائت هاي تورم را مطابق برنامه مورد نياز انجام دهيد اين قرائت ها را ميتوان در فواصل زماني 0و 1و2و8و12و24و48و72و96 ساعت انجام داد.
ه- بعد از 96 ساعت نمونه را داخل آب خارج كرده سر بارها و صفحه مشبك را برداريد و تا 15 دقيقه صبر كنيد تا آب اضافي از آزمونه زهكشي شود.
و- نمونه ها را به همراه قالب وزن كنيد.

شرکت ترانشه ارائه دهنده خدمات نیلینگ، خرپا، انکراژ، آزمایش خاک، بهسازی خاک، مقاومت خاک، طبقه بندی خاک، میکروپایل، سازه نگهبان، حفاری دستی، طراحی ساختمان و جلوگیری از نشست ساختمان می باشد. همچنین برای آشنایی با انواع خاک و شناخت بیشتر تیپ خاک نیز می توانید از وبلاگ مجموعه ترانشه بازدید کنید.

روش انجام آزمايش

آزمايش روي نمونه خشك
الف-5/5 کیلوگرم خاک را از الک 19 میلی متر گذشته و در صورت نیاز طبق روش گفته شده خاک را اصلاح کنید.
ب- قبل از انجام تراكم، يك نمونه از خاك را براي تعيين درصد رطوبت آن اختيار كنيد.
پ- خاك را به رطوبت بهينه به دست آمده از آزمايش هاي تراكم برسانيد و آن را متراكم كنيد.
ت- قالب محتوي خاك را وزن كنيد و سرباري به وزن بيش از 4/5 کیلوگرم روی آن  قرار دهید.
ث- مجموعه را روي دستگاه بگذاريد و با چرخاندن دسته، آن را آن قدر بالا بياوريد تا پيستون متصل به رينگ در تماس قرار گيرد و نيروسنج تكان بخورد.
ج- گيج هاي نفوذسنج و نيروسنج را روي صفر قرار دهيد، آن گاه با سرعت 1.3 میلیمتر بر دقیقه دستگاه را بالا بياوريد و در هر دقيقه نيروسنج را قرائت كنيد.
چ- اين عمل را تا 15 دقیقه و نفوذ پذیری 12.5 میلی متر ادامه دهید.
ح- از زير قسمت فشرده، وسط نمونه و زير آن، نمونه هايي جداگانه براي تعيين درصد رطوبت برداريد.

آزمايش روي نمونه اشباع

الف- به همان روش گفته شده در قسمت (الف) نمونه را تراكم كنيد.
ب- قالب محتوي خاك را توزين كنيد، صفحه مشبك را روي آن قرار دهيد و به اندازه كافي وزنه هاي سربار 4/5 کیلوگرم روي آن قرار دهيد، در ضمن حتماً يك كاغذ صافي روي خاك و بين خاك و صفحه قرار دهيد تا خاك به صفحه نچسبد.
پ- حلقه را بگذاريد و نمونه را در مخزن آب غوطه ور كنيد. 
ت- شاخص تورم سنج را به صفحه مماس كنيد، سپس آن را صفر و آزمايش را شروع كنيد
ث- قرائت هاي مقدار تورم را در فواصل زماني تقريباً برابر با صفر ، 1 ، 2 ، 12 ، 24 ، 36 ، 48 ، 72 ، 96  ساعت یادداشت کنید.
ج- بعد از 96 ساعت نمونه را خارج كنيد، سربارها و صفحه مشبك را برداريد و تا 15 دقيقه صبر كنيد تا آب اضافي از نمونه زهكشي شود.
چ- نمونه را به همراه قالبش توزين كنيد.
ح- گام هاي 4 به بعد روش خشك را تكرار كنيد.

محاسبات

الف- تنش نفوذ پيستون را در واحد پوند بر اينچ مربع محاسبه كرده و منحني تنش-نفوذ را رسم كنيد. در بعضي مواقع تعقر قسمت ابتدايي منحني تنش-نفوذ به قسمت بالا بدست مي آيد كه مي تواند به علت ناهمواري سطح نمونه يا موارد ديگري باشد. در اينگونه شرايط بايد منحني تنش-نفوذ اصلاح شود.
براي تصحيح منحني مطابق شكل 7-2 بايد قسمت خطي منحني را ادامه داد تا محور افقي را در نقطه اي قطع كند. اين نقطه محل جديد محور مبدأ مختصات است و محاسبات بايد در محورهاي مختصات جديد انجام شود. در صورتي كه منحني داراي يك نقطه عطف مشخص است بر روي منحني از نقطه اي كه داراي بيشترين شيب است خطي مماس بر منحني رسم مي شود تا محور افقي را در نقطه اي قطع كند كه اين نقطه محل جديد مبدأ مختصات است.

ب- از روي منحني اصلاح شده تنش- نفوذ مقادير تنش را براي نفوذ  2/54 میلیمتر  و 5/08 میلیمتر بدست آوريد. نسبت باربري با تقسيم تنش هاي بدست آمده بر  6/9 مگاپاسکال و  10/3 مگاپاسکال  محاسبه کنید. در صورتي كه حداكثر تنش در نفوذي كمتر از 0/2 اینچ اتفاق افتاده نسبت باربري را براي اين نقطه نيز محاسبه كنيد. مقدار CBR هر آزمونه برابر مقدار محاسبه شده نفوذ 0/1 اینچ باشد . اگر شيب باربري بدست آمده در نفوذ 0/2 اینچ بزرگتر از اين نسبت براي 0/1 اينچ باشد آزمايش دوباره تكرار شود. اگر در آزمايش تكرار نيز نتيجه مشابهي بدست آمد در 0/2 اینچ به عنوان نتيجه آزمايش گزارش مي شود. 
پ- اگر آزمايش براي آزمونه هايي با در صد رطوبت ثابت انجام شده است، منحني وزن مخصوص خشك-عدد CBR  را مانند شکل 7-3 رسم كنيد. CBR  طراحي را از روي اين منحني بر اساس حداكثر دانسيته خشك درخواست شده بدست آوريد. 

ت- اگر آزمايش براي آزمونه هايي كه در يك بازه درصد رطوبت متراكم ميشوند انجام شده است، نتيجه آزمايش هاي در سه انرژي تراكم براي آزمونه ها را مطابق شكل 7-4 رسم كنيد. منحني هاي شكل 3 نشانگر رفتار خاك در بازه انتخاب شده رطوبت تراكم مي باشند .

CBR  طراحي كمترين اعداد CBR بدست آمده براي آزمونه ها در محدوده درصد رطوبت تراكم مشخص شده خواهد بود كه دانسيته آن بين حد پايين مشخص شده براي آزمايش ها و دانسيته بدست آمده بوسيله تراكم آزمونه ها در محدوده درصد رطوبت است. اطلاعات زير از آزمايش و اندازه گيري هاي ذكر شده قابل استنتاج است:
الف—وزن مخصوص خشک

ب-تورم پذيري
اگر تفاضل بين مقادير خوانده شده روي گيج در ابتداي مرحله استغراق در آب و انتهاي انبساط را با S نمايش دهيد، مقدار تورم خطي نسبي عبارت خواهد بود از:

پ- مدت زمان لازم براي اشباع شدن خاك (انتهاي تورم پذيري) كه اطلاعاتي در مورد قابليت آبگذري خاك مورد نظر خواهد داد.
ت- عدد CBR
روي كاغذ ميلي متري تغييرات فشار را در برابر فرورفتگي پيستون رسم كنيد. پس از رسم منحني و تعيين مبدا آن (تصحيح اين منحني در بخش 6 ذكر خواهد شد) مي توان به راحتي عدد CBR  را كه از يكي از دو نسبت زير حاصل مي شود تعيين كرد:

كه در آن P2.5 و P5    عبارتند از فشارهاي لازم براي فرو بردن 2.5 میلی متر و 5 میلی متر از پيستون در خاك و 70 و 105 کیلوگرم سانتی متر مربع فشارهاي لازم براي فرو بردن پيستون و همان اندازه در مصالح استاندارد است. معمولاً عدد CBR مقدار  P2.5 /70    است. در صورتي كهP2.5 /105     مقدار بيشتري را نشان دهيد، آزمايش بايد مجدداً انجام شود. اگر نتيجه يكسان با حالت قبل به دست آمد، در آن صورت عدد CBR مقدار P5 /105خواهد بود.


گردآورندگان: مهندس میلاد مصرآبادی (کارشناس ارشد ژئوتکنیک دانشگاه بین الملل امام خمینی )

                     مهندس کیمیا سبزه پرور (کارشناس ارشد ژئوتکنیک دانشگاه بین الملل امام خمینی)