دانلود مقاله مکانیک خاک و مهندسی پی

مقدمه در رشته مکانیک خاک و مهندسی پی یا ( ژئوتکنیک ) ، تعیین مشخصات خاک تعریفی از چگونگی رفتار و ویژگیهای خاک از اهمیت زیادی برخوردار است .

در کارهای عمومی که غالباً با خاک سروکار داشته و مجبور به تصرف در وضعیت موجود آن هستیم ، لازم است توانایی خاک برای تحمل بارهای وارده از سوی ما و نیز قابلیت آن به عنوان یک مصالح در روبرو شدن با حالات و شرایط متفاوت مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد .

تمام این مطالب ما را به تعریف آزمایشهایی برای تعیین خواص مکانیکی و مقاومتی خاک و نیز احیاناً ویژگیهای فیزیکی آن رهنمون می سازد کشورهای مختلف سعی کرده اند آزمایشهای لازم را بصورتی ثابت تعریف کنند تا قابل استفاده در محلهای مختلف باشد و بتوان از نتایج آن برای مقایسه و نیز انجام کارهای پژوهشی سود و نیز از خطا های دستگاهی و ...

احتراز جست .

اکنون تقریباً این آزمایشها به صورت ثابتی تعیین شده اند ، اگر چه ، پیشرفت تکنیک حساسیت ، دقت و یا سرعت آنها افزایش یافته است ولی تغییرات زیادی پیدا نکرده اند .

البته ممکن است برای موارد خاصی ، آزمایشهای خاصی نیز ابداع شود .

به هر حال در این کتاب با توجه به نیازهای پروژه های عمرانی درگیر با خاک بهتعیین ویژگیهای مقاومتی خاک ، آزمایشهایی ذکر شده است .

این آزمایشها عمدتاً آزمایشگاهی و بنابراین کوچک مقیاس بوده و برروی نمونه های کوچکی از خاک انجام شده و مشخصات لازم را تعیین می کنند .

در کنار این آزمایشها ، آزمایشهای صحرایی نیز وجود دارند که در پروژه های مهم و حساس وجود آنها ناگزیر و به طور کلی نتایج اطمینان بخش تری را به ما خواهند داد .

هر چند هزینه انجام آنها قابل مقایسه با نمونه ها‌ی آزمایشگاهی نیست .

در این کتاب دانشجو با این آزمایشها آشنا خواهد شد و با تمرین و انجام آنها به توانایی نسبتاً خوبی در انجام آزمایش و تحلیل نتایج آن دست خواهد یافت .

البته دانشجو باید چگونگی استفاده از این نتایج را در امر طراحی نیز بیاموزد .

کتب نظری مکانیک خاک و مهندسی «‌پی » تا حدود زیادی وی را در این امر یاری خواهند کرد .

اساس این کتاب بر محور کتابی است از Braja M.Das به نام Soil Mechanics Laboratory Manual که سه فصل (18.19.20) بر‌آن افزوده شده است .

ضمناً با توجه به وجود نرم افزار کامپیوتری در کتاب فوق تصمیم گرفته شد که بهمراه این کتاب در صورت تمایل نرم افزار مذکور نیز در اختیار علاقه مندان قرار گیرد .

امید است این تلاش مورد استفاده دانشجویان محترم و عزیز این مرز و بوم الهی قرار گیرد و در ارتقاء دانش آنها موثر و مفید افتد .

آزمایشهای آزمایشگاهی و تهیه گزارش آزمایشهایی که در آزمایشگاه برروی خاک برای تعیین خواص فیزیکی آنها انجام می شود ،بخش لازمی برای طراحی و اجرای پی سازه ها ، تعیین ویژگی و نیز بهبود این خواص و کنترل مشخصات و میزان تراکم خاک محسوب می شوند .

باید به خاطر داشت که خواص فیزیکی رسوبات طبیعی خاک در فاصله حتی چند صد متر یا فوت تغییرات عمده‌ای دارند .

روابط تئوریک و تجربی اساسی و اصلی که در مکانیک خاک استفاده می شوند در کارهای عملی نیز صرفاً وقتی استفاده می شوند که پارامترهای فیزیکی مورد اشاره ای که باید در این روابط به کار روند ، در آزمایشگاه به دست آمده باشند .

لذا ، اطلاع و آموختن روش انجام این آزمایشها برروی خاک در آزمایشگاه ، نقش مهمی در حرفه مهندسی ژئوتکنیک دارد .

استفاده از دستگاه ها و وسایل آزمایشگاهی از حیث قیمت ، قیمت این دستگاه همواره متغیر بوده است .

برای آنکه نتایج خوبی داشته باشیم باید این دستگاه ها به خوبی نگهداری شوند .

کالیبره کردن اجزای آنها مانند ترازوها و حلقه های بارگذاری ، باید بطور مداوم کنترل شود .

لازم است تمام وسایل قبل و بعد از استفاده تمیز باشند .

این امر در بهتر شدن نتایج نقش با اهمیتی دارد .

ثبت اطلاعات در هر آزمایش ، همواره عادت به ثبت اطلاعات در جدولی مناسب بلافاصله بعد از انجام آزمایش کاری لازم محسوب می شود بعضی اوقات ، دانشجو روی کاغذ با دستخط ناخوانا این اطلاعات را می نویسد ، در حالی که این کاغذ ممکن است گم شود یا به دور افکنده شود این کار ممکن است موجب آن شود که آزمایش تکرار شود و یا حتی نتایج ناصحیحی به دست آید .

تهیه ‌گزارش در کلاس درس بسیاری از آزمایشهایی که شرح داده می شود باید توسط گروه های کوچک(3.2 نفره ) انجام شود ولی هر گزارش باید توسط یک یک دانشجویان تهیه شود .

این کار باعث بهبود مهارت دانشجو در نوشتن و تهیه یک گزارش فنی است .

هرگزارش باید دارای اجزای زیر باشد : 1- جلد : شامل عنوان آزمایش ، نام و اطلاعات لازم که بر اساس آنها آزمایش انجام شده است .

2-صفحه بعد از جلد : شامل فهرست عناوین زیر: الف – هدف از آزمایش ب- وسایل آزمایش ج- تصویر شماتیک وسایل آزمایش د- توضیح مختصری از وسایل اصلی مورد استفاده در آزمایش 3- نتایج این قسمت شامل : الف – صفحه (‌صفحات ) اطلاعت و ارقام ب – نمونه ‌محاسبات انجام شده ج- منحنیهای مورد نیاز 4- بحث در مورد دقت آزمایش و منابع خطا نکاتی درباره منحنیها و جداول لازم در تهیه گزارش منحنیها و جداول تا حد امکان باید مشخص و تمیز ارائه شوند واحدها همواره ذکر شوند .منحنیها تا حدی که می شود بزرگ رسم شوند و شماره گذاری گردیده و توضیح لازم در زیر آنها داده شود .

نمونه ای از یک منحنی که به شکل بدی رسم شده ومنحنی ای که خوب رسم شده است در شکل 1-1 آورده شده است در جایی که نیاز است از قوس و خط مستقیم نیز استفاده کرد .منحنی بد رسم شده ای بری تغییرات وزن مخصوص خشک خاک نسبت به درصد رطوبت و (b) منحنی خوب ترسیم شده ای که از هان نتایج واحدها نتایج مربوط به آزمایشهای انجام شده در آزمایشگاه باید استفاده از یک سیستم واحد مشخص بیان و نوشته شوند .به این منظور می توان هم از سیستم بین المللی SI و هم سیستم انگلیسی استفاده کرد در زیر عناوین مورد نیاز و ضرایب تبدیل در دو سیستم مذکور ذکر شده اند .

نتایج مربوط به آزمایشهای انجام شده در آزمایشگاه باید استفاده از یک سیستم واحد مشخص بیان و نوشته شوند .به این منظور می توان هم از سیستم بین المللی SI و هم سیستم انگلیسی استفاده کرد در زیر عناوین مورد نیاز و ضرایب تبدیل در دو سیستم مذکور ذکر شده اند .

جدول 1-1- ضرایب تبدیل روش استاندارد انجام آزمایش اکثر آزمایشگاه ها ، آزمایشهای لازم روی خاکها را بر اساس آئین نامه های زیر انجام میدهد ASTM AASHTO روشها و وسایل لازم از یک آزمایشگاه به آزمایشگاه دیگر محتملاً مختصری تفاوت دارند ولی مفهوم اصلی در هر کدام یکی است روشهایی که در این کتاب ذکر می شود لزوماً‌عیناٌ بر اساس روشهای مذکور در دو آئین نامه‌فوق نیست البته برای دانشجو مقایسه بین ازمایشهای استاندارد و آزمایشهایی که در آزمایشگاه انجام می پذیرد مفید و سودمند خواهد بود.شماره هر آزمایش در دو آئین نامه‌مذکور در جدول زیر آورده شده است .

جدول 2-1: شماره آزمایش در دو آئین نامه AASHTO,ASTM ‌2- تعیین درصد رطوبت مقدمه در اکثر آزمایشهای مکانیک خاک در آزمایشگاه ، لازم است درصد رطوبت خاک را تعیین کرد درصد رطوبت به صورت زیر تعریف می شود .

(1-2) وزن آب موجود در یک خاک مشخص وزن خاک مشخص این مقدار معمولاً به صورت درصد بیان می شود برای دستیابی به نتایج بهتر ، حداقل مقدار نمونه های مرطوب خاک باید تقریباً‌مطابق مقایدر مندرج در جدول 1-2 باشد .

جدول 1-2 اندازه نمونه های مرطوب خاک برای تعیین درصد رطوبت *‌اندازه الک نمره 4،** اندازه الک نمره 40 وسایل آزمایش 1- ظرف ( ظروف ) این ظرف ( ظروف ) به اندازه های مختلف ( مثلاً به قطر 2in و ارتفاع یا به قطر 8/50 میلی متر وا رتفاع 2/22 میلی متر و نیز قطر 3/5in و ارتفاع2in یا قطر 9/88 ‌میلی متر و ارتفاع 8/50 میلی متر ) وجود دارد.

2- گرمکن با کنترل دما برای خشک کردن خاک، دمای گرمکن معمولاً بین 110°Cتا 105°C نگهداشته می شود از دمای بالاتر از این باید اجتناب کرد .این کار برای آن است که مصالح آلی موجود در خاک به حالت ذوب در نیایند و نیز امکان تغییر در ترکیب کانیها پیش نیاید .

روش آزمایش 1- وزن خالی ظرف را به همراه درب آن اندازه می گیریم (w1) و سپس شماره ای روی آن یادداشت می کنیم .

2- قطعه ای از نمونه مرطوب خاک را داخل این ظرف قرار می دهیم درب آن را بسته و از اتلاف رطوبت آن جلوگیری به عمل می اوریم .

3- وزن ظرف و درب آنر ا با خاک مرطوب داخلش وزن می کنیم (W2) 4- درب ظرف را برداشته و آن را در زیر ظرف قرار می دهیم .

5- ظرف را در حالت 4 را جهت خشک کردن خاک داخل گرمکن قرار می دهیم تا وقتی وزن آن ثابت شود برای آنکه خاک خشک شود مدت 24 ساعت کافیست 6- وزن نمونه خاک شده را به همراه ظرف و دربش اندازه می گیریم (W3) محاسبات (2-2) درصد رطوبت محاسبه‌درصد رطوبت به طور نمونه در جدول 3-2 آورده شده است نکات کلی غالب خاکهای طبیعی که ماسه ای یا شنی هستند دارای درصد رطوبتی حداکثصر تا مقدار 15 الی 30% می باشند و در خاکهای ریزدانه (‌سیلتی و رسی ) درصد رطوبت نیز حداکثر تا 50 الی 80% دیده شده است و خاکهای شدیداً آلی و پیت ها که دارای درصد رطوبتی حداکثر تا 500% هستند معمولاً برای کارهای مهندسی استفاده نمی شود در زیر نمونه ای از مقادیر مربوط به درصد رطوبت چند نوع خاک ذکر شده است .

تعیین درصد رطوبت توضیح خاک : رس سیلت دار محل نمونه گیری : شماره نمونه :4 جدول 2-2 توده ویژه (چگالی ) مقدمه مقصود از توده ویژه خاک معمولاً توده ، ویژه دانه های ( قسمت جامد) خاک است توده ویژه به صورت زیر تعریف می شود: (1-3) وزن مخصوص جامد وزن مخصوص آب/ دامنه تغییرات برای چند نوع خاک در جدول 1-3 آمده است روش تعیین که در این بحث ذکر می شود برای خاکهایی است که از 75/4 میلی متر ( الک نمره 4) کوچکترند.

جدول 1-3 – دامنه تغییرات برای چند نوع خاک وسایل آزمایش بطری حجم سنج (ml500) دماسنج ترازوی حساس تا 1/0 گرم آب مقطر چراغ شعله با پایه ( یا پمپ خلاء یا مکش ) ظروف تبخیر کاردک بطری پلاستیکی گرمکن روش آزمایش بطری حجم سنج را با دقت تمیز کرده و آن را خشک می کنیم بطری مزبور را با آب مقطر عاری از هوا تا علامت ml500 به دقت پر می کنیم ( انتهای هلالی آب باید روی عدد ml500 قرار گیرد ) وزن بطری و آب داخل آن را اندازه می گیریم .

دماسنج را داخل بطری کرده و دمای آب را اندازه می گیریم تقریبا، 100 گرم خاک خشک را داخل ظرف تبخیر قرار می دهیم .

چنانچه خاک چسبنده باشد آب مقطر عاری از هوا به آن اضافه کرده و کاملاً مخلوط می کنیم تا خمیر نرمی درست شود سپس آن را بین نیم ساعت تا یکساعت در داخل ظرف تبخیر قرار می دهیم تا آب جذب خاک شود و به اصطلاح خیس بخورد (مرحله اخیر برای خاکهای دانه ای یعنی غیر چسبنده لازم نیست ) خاک را (چنانچه دانه ای است ) و یا خمیر خاک (چنانچه چسبنده است ) برداشته و به داخل بطری حجم سنج می ریزیم ( قبلاً بطری از آب خالی شده است ) آب مقطر را داخل بطری حجم سنج دارای خاک مزبور (یا خمیر خاک ذکر شده ) اضافه می کنیم تا دو سوم آن را پر کند .

هوای داخل مخلوط آب و خاک را به روشهای زیر خارج می کنیم : الف - بطری محتوی مخلوط خاک و آب را برای حدود 15 تا 20 دقیقه به آرامی حرارت می دهیم همزمان با حرارت دادن ، بطری را نیز به طور مستمر تکان می دهیم البته چنانچه زیاد حرارت ببیند ممکن است خاک نیز به حالت جوشش غلیان در آید.

ب- به کمک پمپ خلاء یا مکس ، هوای محبوس را خارج می کنیم .

این مرحله ، مرحله کاملاً مهمی است غالب خطاها در نتایج به دست آمده در این آزمایش مربوط به عدم خروج هوای محبوس شده است .

دمای مخلوط خاک و آب درون