آزمایش برش مستقیم

آزمایش برش مستقیم

• هدف از انجام آزمایش برش مستقيم، تعيين مقاومت برشي و همچنين تعيين پارامترهای مكانيكي خاک است.
• آزمایش برش مستقیم ازمایش مناسبی در تعیین نسبتا سریع مقامت زهکشی شده تحکیم یافته خاک است.
•  آزمایش برش مستقیم بر روی مصالح ریزدانه و درشت دانه قابل انجام است و پارامتر های چسبندگی و اصطکاک داخلی خاک در شرایط تنش موثرقابل اندازه گیری هستند.
•  به طور کلی، سه یا چند نمونه، هر کدام تحت یک بار نرمال( عمودی) متفاوت آزمایش می شوند تا اثرات مقاومت برشی و جابجایی و خصوصیات مقاومتی مانند پوش های مقاومت موهر تعیین گردد.
•  برای محاسبه کرنشهای برشی نمی توان ارتفاع مناسبی را تعریف کرد. بنابراین، روابط تنش-کرنش یا هر مقدار مرتبط مانند مدول ها، از این آزمایش قابل تعیین نیست.

اصطلاحات آزمایش برش مستقیم

ابتدا به تعریف اصطلاحات مربوط به ازمایش می پردازیم:

تغییر مکان نسبی جانبی:

جابجایی افقی در بالا و پایین نیمه های جعبه برشی.

گسیختگی:

شرایط تنش در هنگام گسیختگی برای یک نمونه آزمایش.
گسخیتگی اغلب متناظر با حداکثر تنش برشی حاصله، یا تنش برشی در 15 تا 20 درصد تغییر مکان نسبی جانبی بسته به نوع رفتار خاک و کاربردهای صحرایی، ممکن است معیارهای مناسب دیگری تعریف شود.

 معایب آزمایش برش مستقیم:

• مقاومت ماندگاری کم
• قابل اندازه گیری نبودن فشار آب حفره ای
• عدم امکان محاسبه وضعیت تنش ها در هر نقطه از نمونه و در هر مرحله از آزمایش
• عدم یکنواختی توزیع تنش
• تحمیلی بودن صفحه گسیختگی
• تخریب زیاد نمونه

مزایای آزمایش برش مستقیم:

• سهولت کاربرد و ارزان بودن آن
• سریع بودن
• اشباع سریع و زهکشی مناسب تر، نسبت به آزمایش سه محوری (زمان آزمایش برش، یک سوم زمان آزمایش سه محوری است)

هدف وکاربرد آزمایش برش مستقیم

• برای تعیین نسبتاً سریع خصوصیات مقاومت زهکشی شده تحکیم یافته مناسب است زیرا مسیرهای زهکشی میان نمونه آزمایشی کوتاه هستند، در نتیجه اجازه می دهد فشار حفره ای اضافی با سرعت بیشتری نسبت به سایر ازمایشهای تنش زهکشی شده از بین برود.
• گسیختگی به ارامی تحت شرایط زهکشی شده حاصل می شود تا فشارهای منفذی اضافی از بین برود.
• می توان روی کلیه خاکها و مواد دست نخورده ، بازسازی شده یا متراکم شده انجام داد.
• نتایج آزمایش برای ارزیابی مقاومت در شرایط محل که تحکیم کاملی تحت تنش های نرمال موجود رخ داده، کاربرد دارد.
• در طول ازمایش برشی مستقیم، تنشهای اصلی دوران خواهند داشت، که ممکن است مطابق شرایط محل باشد یا نباشد. علاوه بر این، گسیختگی ممکن است در صفحه ضعیف رخ ندهد زیرا گسیختگی تمایل دارد نزدیک یا روی یک صفحه افقی در وسط نمونه رخ دهد.
• دامنه تنشهای نرمال، سرعت برش و شرایط عمومی ازمایش باید به نحو مناسبی مطابق با شرایط خاص خاک مورد بررسی انتخاب گردد.

شرکت ترانشه قابلیت خدمات رسانی در زمینه طراحی ساختمان و انجام حفاری دستی و حفاری ماشینی را به صورت تخصصی دارد با ما در ارتباط باشید.

وسایل آزمایش برش مستقیم

وسیله برش:

• وسیله ای برای نگهداری مطمئن نمونه بین دو سنگ متخلخل است.
• ابزار برش باید قابلیت اعمال تنش عمودی را بر وجوه نمونه، اندازه گیری تغییر در ضخامت نمونه، اجازه زهکشی اب از مرزهای بالا و پایین نمونه از میان سنگهای متخلخل و غرقاب نمونه در اب را فراهم نماید.
• وسیله برش باید قادر به اعمال نیروی برشی به نمونه در داخل اب و اعمال نیروی برشی به نمونه در امتداد صفحه برش از پیش تعیین شده( برش ساده) موازی با وجوه نمونه باشد.
• قابهای نگهدارنده نمونه باید به اندازه کافی سخت باشند تا از چرخش نمونه در هنگان برش جلوگیری شود.
• قسمتهای مختلف وسیله برش باید از موادی ساخته شود تا بوسیله رطوبت یا مواد موجود در خاک خورده نشوند مثل فولاد ضد زنگ، برنز یا الومینیوم و غیره، فلزات غیر مشابهی که موجب تحریک می شوند نباید بکار برده شوند.

جعبه برش:

• بصورت دایره ای یا مربعی.
• از جنس فولاد ضد زنگ، برنز یا آلومینیوم.
• قابلیت زهکشی از بالا یا پایین ساخته می شود.
• جعبه به صورت عمودی با یک صفحه افقی به دو نیمه با ضخامت مساوی تقسیم می شود                      
• که با پیچ های تنظیم به یکدیگر بسته می شوند.
•  جعبه برشی همچنین دارای پیچ های تنظیم است که شکاف بین نیمه های بالایی و پایینی جعبه برشی را کنترل می کنند.

در صورت نیاز به خدمت رسانی در زمینه  مکانیک خاک، مقاومت خاک، تیپ خاک، بهسازی خاک می توانید با شرکت ترانشه تماس بگیرید.

سنگهای متخلخل:

• سنگهای متخلخل امکان زهکشی را برای نمونه خاک از مرزهای بالا و پایین نمونه فراهم می کند.
• آنها همچنین موجب انتقال تنش برشی افقی از سنگ به مرزهای بالا و پایین نمونه می شوند.
• سنگهای متخلخل از کاربید سیلیکون، اکسید آلومینیوم یا فلزی که در اثر رطوبت و مواد موجود در خاک خورده نمی شوند تشکیل یافته است.
• قطر یا پهنای صفحه یا صفحه متخلخل بالایی باید 0.01 تا0.02 اینچ( 0.2 تا0.5 میلیمتر ) کمتر از قطر حلقه داخلی باشد.

وسایل بارگذاری:

• وسیله اندازه گیری نیروی برشی: یک حلقه اندازه گیر یا سلول اندازه گیری باز.

• قالب جعبه برش: یک جعبه فلزی است که جعبه برش را نگه میدارد و یا در مقابل نیمه جعبه برشی نگه داشته شده عکس العمل نشان می دهد و یا شرایط را برای تنظیم نیمه دیگر جعبه برش جهت حرکت آزاد آن در اثر نیروی برشی و در یک صفحه افقی، فراهم می سازد.

• اتاق رطوبت بالای کنترل شده: برای آماده سازی نمونه ها
• تراش دهنده یا حلقه برش :
• ترازو: دقت 0.1 درصد
• شاخص های تغییر شکل: تغییر شکل سنجهای عقربه ای یا مبدلهای تغییر مکانی که توانایی اندازه گیری تغییرضخامت نمونه ازمایشی را با حساسیتی حداقل 0.0001 اینچ (0.0025 میلی متر) و اندازه گیری تغییر مکان افقی را با حساسیت حداقل 0.001 اینچ (0.025 میلی متر) را داشته باشد

• وسیله ای برای تعیین میزان رطوبت: مطابق با astm2216
• تجهیزاتی برای بازسازی یا متراکم کردن نمونه ها: در صورتی که کاربردی باشد.
• دیگر وسایل: از جمله زمان سنج با عقربه ثانیه شمار، آب مقطر یا ضد آب، ماله ها، چاقوها ، تراز ، اره های سیمی و غیره که در تهیه نمونه مورد استفاده قرار می گیرد.

نمونه آزمایشی

• نمونه مورد استفاده برای تهیه نمونه باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا حداقل سه نمونه مشابه از آن تهیه کرد.
• نمونه ها را در یک محیط با دما و رطوبت کنترل شده تهیه کنید تا تغییرات رطوبت به حداقل برسد.
• در تهیه نمونه های دست نخورده از خاکهای حساس باید حداکثر دقت را به عمل آورد تا ازدستخوردگی ساختمان طبیعی خاک جلوگیری شود. جرم اولیه نمونه مرطوب را برای استفاده در محاسبه درصد رطوبت اولیه و وزن واحد حجم نمونه تعیین نمایید.
• حداقل قطر نمونه برای نمونه های دایره ای، یا عرض برای نمونه های مربعی برابر است با:

مطابق با نسبت پهنا به ضخامت آن با انچه در بند 7-4 آمده مطابقت کند.

توجه: اگر بعد از آزمایش در خاک ذرات درشت مشاهده شد باید مطابق روش D422 در مورد اندازه ذره (درشتی ذره) تحلیلی صورت گیرد تا تاییدی بر مشاهدات بصری شود و نتایج آن باید بوسیله گزارش آزمایش ارائه شود.

شرکت ترانشه با استفاده از دانش فنی، تجربه و دقت عمل بالا ارائه دهنده خدمات خرپا، انکراژ، میکروپایل می باشد.در صورت نیاز به خدمات دهی با ما تماس بگیرید.

روش آزمایش برش مستقیم

• جعبه برشی را سوار کنید،(فقط در برخی دستگاه ها نیمه بالایی جهبه برش توسط یک میله تنظیم شکافدار که داخل حفره ای در این نیمه قرار می گیرد نگهداشته می شود نیمه پایینی بوسیله پیچ های نگهدارنده، در جای خود و در داخل قالب جعبه برش نگهداشته می شود. در برخی دستگاه ها نیمه بالایی توسط یک صفحه محکم در جای خود نگهداشته می شود).
• نمونه دست نخورده :
• سنگهای متخلخل مرطوب را بالا و پایین نمونه در جعبه برش قرار دهید. جعبه برش را که محتوی نمونه دست نخورده و سنگهای متخلخل است داخل قالب جعبه برش قرار داده و ببندید.
• نمونه متراکم شده:
•  جعبه برشی حاوی نمونه متراکم شده و سنگهای متخلخل است را درون قالب جعبه برشی قرار داده ببندید.
• سیستم بارگذاری نیروی برشی را طوری متصل و تنظیم کنید تا هیچ نیرویی بوسیله دستگاه اندازه گیری بارتحمیل نشود.
• ترجیحا وسیله اندازه گیری جابجایی افقی را که برای اندازه گیری تغییر مکان برشی بکار میرود به نحو مناسبی قرار داده و تنظیم کنید. قرائت اولیه را بدست آورید یا وسیله اندازه گیری را طوری تنظیم کنید تا جابجایی صفر را نشان دهد.
• یک سنگ متخلخل مرطوب و صفحه انتقال بار را روی نمونه داخل جعبه برشی قرار دهید.
• یوغ بارگیری نیروی عمودی را در جای خود قرار داده و آن را طوری تنظیم کنید که میله بارگذاری افقی قرار گیرد. برای سیستم های بارگذای دارای اهرم بار مرده ، اهرم را تراز کنید. در مورد سیستم های بارگذاری بادی (هوای فشرده)، یوغ را وقتی به ارامی جلوی فرو رفتگی صفحه انتقال بار قرار می گیرد تنظیم کنید یا روی صفحه انتقال بار یک بلبرینگ قرار دهید و به سادگی یوغ را در تماس تنظیم کنید.
• وسیله اندازه گیری جابجایی قائم را نصب و تنظیم کنید. قرائت اولیه دستگاه اندازه گیری قائم و قرائت اولیه اندازه گیری جابجایی افقی را بدست آورید.
• در صورت لزوم، جعبه برشی را با آب پر کرده و در تمام مدت ازمایش انرا پر نگه دارید.
• نیروی عمودی مورد نیاز برای دستیابی به تنش عمودی مطلوب یا افزایش های مربوطه را محاسبه و ثبت کنید.
•  با اضافه کردن جرم مناسب به گیره بازوی اهرم یا افزایش فشار باد، تنش نرمال مطلوب را اعمال کنید.
• بار عمودی مطلوب یا افزایش های مورد نظر را به نمونه اعمال کنید و یادداشت تغییر شکل عمودی را در مقابل زمان سپری شده شروع کنید. ، قبل از ادامه ازمایش، برای هر مرحه افزایش بار، از کامل شدن تحکیم اولیه اطمینان حاصل نمائید. ( روش تست D2435 مراجعه کنید). نمودار تغییر مکان نرمال را در مقابل لگاریتم زمان یا ریشه دوم زمان (در دقیقه) رسم کنید.
• پس از اتمام تحکیم اولیه، پیچ با میله های تنظیم را از جعبه برشی بردارید و بوسیله پیچهای تنظیم فاصله بین دو نیمه جعبه برش را تقریبا 0.025 اینچ (0.64 میلی متر) باز کنید. پیچ های تنظیم را به محلشان برگردانید.
• نمونه را برش دهید.
• سرعت تغییر مکان مناسبی را انتخاب کنید. نمونه را با سرعت نسبتاً آهسته برش دهید طوریکه هیچ فشار منفذی اضافی در هنگام گسیختگی به وجود نیاید. معادله زیر به عنوان راهنما برای تعیین تخمینی حداقل زمان لازم از شروع آزمایش تا گسیختگی بکار رود:

 tf= کل زمان تخمینی مورد نیاز تا گسیختگی، به دقیقه.
t50= زمان لازم برای آنکه نمونه تحت تنش عمودی خاصی( یا مراحل افزایشی مربوطه) به 50 درصد تحکیم برسد، به دقیقه.

توجه:
اگر تغییر مکان عمودی در مقابل ریشه دوم زمان بکار رود t50 را می توان از روی زمان 90 درصد تحکیم و با استفاده از عبارت زیر محاسبه نمود:

که در آن:
t90: زمان لازم برای آنکه نمونه تحت تنش عمودی خاصی( یا مراحل افزایش مربوطه) به 90 درصد تحکیم برسد، به دقیقه.
4.28: ثابت است، تغییر مکان و فاکتور زمان در 50 و 90 درصد تحکیم را بهم مربوط می سازد.

توجه: اگر مصالح تمایل به تورم از خود نشان دهند باید خاک را غرقاب نمود و اجازه داد تا تحت یک مرحله افزایش تنش عمودی که به اندازه کافی بزرگ است تورم خاک قبل از حداقل زمان تعیین شده برای گسیختگی به حالت تعادل برسد.
 منحنی تحکیم- زمان برای مراحل متوالی افزایش تنش عمودی در محاسبه tfمعتبر می باشد.

مجموعه ترانشه ارائه دهنده خدمات آزمایش انواع خاک و طبقه بندی خاک و آزمایش ژئوتکنیک به صورت تخصصی با دانش فنی بالا می باشد با ما همراه باشید.

محاسبات آزمایش برش مستقیم:

موارد زیر را محاسبه کنید:
تنش برشی اسمی که به نمونه وارد می شود به قرار زیر است:

تنش برشی اسمی(kpa)
F : نیروی برش(N)
A : مساحت اولیه نمونه(mm^2)

تنش عمودی که به نمونه اعمال می شود به قرار زیر است:

= تنش عمودی(  KPa)
N = نیروی قائمی که بصورت عمودی به نمونه اعمال می شود(N ).

سرعت تغییر مکان:
 با تقسیم جابجایی جانبی نسبی بر زمان سپری شده، سرعت جابجایی واقعی را محاسبه کنید یا سرعتی راکه برای آزمایش بکار رفته را گزارش کنید.

dr: سرعت تغییر مکان(mm/min)
dn: تغیی مکان جانبی نسبی(in/mm)
te: مدت زمان ازمایش(min)

نسبت فضای خالی اولیه، میزان رطوبت، وزن واحد حجم خشک و درجه اشباع را بر اساس وزن مخصوص و جرم کل نمونه محاسبه کنید حجم نمونه از طریق اندازه گیری ابعاد جعبه برش یا قطر و ضخامت اندازه گیری شده نمونه تعیین می شود.

نکات:

• برای خاکهای دانه ای(غیر چسبنده)، معمولا خط پوش موهر کلمب، از مبدا مختصات می گذرد و چسبندگی برابر صفر حاصل می شود(c=0).
• در خاکهای غیر چسبنده مرطوب، به علت وجود خاصیت نیروی کشش سطحی آب و دانه های خاک، مقداری چسبندگی کاذب به وجود می آید. اگر این مقدار چسبندگی، در حدود 0.2-0.1 کیلوگرم بر سانتی متر مربع باشد، از آن صرف نظر می گردد. ولی اگر مقدار آن، پیش از مقدار مذکور باشد، بایستی علت را جست وجو کرده و موضوع را برطرف نمود.

لینک دانلود فایل pdf آموزش این آزمایش:

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

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

آزمایش تعیین دانسیته به روش موم گیری از جدیدترین مقالات سایت ترانشه می باشد که می توانید این مقاله مفید را نیز مطالعه کنید.