آزمایشگاه مکانیک خاک

مقدمه :
هدف آزمایش :
جداسازی دانه های در اندازه های مختلف که هر بخش بصورت درصدی از کل نمونه بیان می شود . نتایج مربوط به دانه بندی در مسائلی همچون میزان نفوذپزیری در خاک، موئینگی، طراحی فیلتر و زهکش، احداث سد های خاکی و… استفاده می شود .
تئوری آزمایش :

ASTM

وسایل مورد نیاز انجام ازمایش
۱٫کیسه ی الک استاندارد
۲٫ترازو
۳٫تکان دهنده (Shaker )
4.فرچه برای تمیز کردن
مراحل انجام ازمایش :
برای انجام ازمایش یک نمونه ۲٫۵ kg را برداشته و بروی ظرفهای الک استاندارد که شامل الک هایی به شماره های ۴ ،۸ ،۱۶ ،۳۰ ،۴۰ ،۵۰ ،۱۰۰ ،۲۰۰ و در نهایت دارای یک سینی است و ریزیم . این ظرف ها با مدت ۵ دقیقه تکان می دهیم تا نمونه به طور کامل در بین الک ها قرار گیرد . پس از اتمام کار هر کدام از الک ها را جدا کرده و توسط ترازو ، نمونه خاک قرار گرفته در ان را وزن کرده ودر جدول زیر یادداشت می کنیم .
نحوه ی انجام ازمایش :
نمونه به میزان ۱۵۰ تا ۲۰۰ gr تهیه شده از الک عبوری ۴۰ اماده می کنیم . سپس مقداری اب به نمونه افزوده و پس از یکنواخت سازی رطوبت در تمامی نقاط نمونه ، ان را فنجان قرار می دهیم . با استفاده از شیار کش ، شیاری را در ان ایجاد می کنیم . دستک دستگاه را با سرعتی معادل ۲ ضربه در ثانیه می چرخانیم تا زمانیکه شیار در طول ۱۳mm بسته شود وتعداد ضربات را یادداشت می کنیم . ( میزان رطوبت باید به گونه ای باشد که شیار در ضربات بین ۱۵-۳۵ ضربه بسته شود

) سپس قسمتی از خاک را برداشته و برای انجام ازمایش تعیین درصد رطوبت ان را در خاک اوون قرار می دهیم . مجددا فنجان را تمیز کرده ، رطوبت خاک را افزایش داده و مراحل بالا را تکرار می کنیم . نمونه های قرار داده در داخل اوون را پس از ۲۴ ساعت بیرون اورده و ان را وزن می کنیم و سپس جدول زیر را کامل می کنیم . محاسبات ازمایش :
حد روانی درصد رطوبتی است که شیار در ۲۵ ضربه بسته می شود و همچنین حد روانی را در هر کدام از مراحل انجام ازمایش از فرمول زیر بدست می آوریم:

حد خمیری :
وسایل مورد نیاز انجام ازمایش :
۱٫کاردک
۲٫شیشه سطح
۳٫شیشه تعیین درصد رطوبت
۴٫بطری اب
مراحل انجام ازمایش :
یک نمونه خاک گذری از الک شماره ۴۰ را انتخاب کرده . به ان مقدار اب اضافه کرده به صورتیکه رطوبت در تمام سطح نمونه پخش شده باشد . سپس ان را به روی شیشه به صورت فیتیله در می اوریم . در صورتی که خاک در ضخامت فیتیله ای ۳٫۲mm ترک خورده و یا خرو شده رطوبت خاک در حد خمیری است . سپس ان را در داخل اوون قرار داده و پس از ۲۴ ساعت ان را بیرون می اوریم و وزن
می کنیم . سپس با توجه به رابطه زیر PL بدست می اید :

مکانیک خاک عمران
۱-۱ – تاریخچ
آزمايشـگاه فنـي و مكانيـك خاك : از سال ۱۳۶۸ فعاليت خود را در امور كنتـرل كيفي و بررسی خصوصيات فيزيكي و مكانيكي خاكها و مصالح ساختماني و نيـز امور ژئوتكنيك آغاز نموده و اکنون با بیش از ۱۷ سال تجربه در امور مربوطه با نبروهای متخصص و مجرب در محـل پروژه هاي عمـرانـي در سطح استان فارس و استانهای هم جوار، در حال ارائه خدمات می باشد. بطور کلی عرضه خدمات مهندسی در بخشهای احداث و نگهداری راه، ژئوتکنیک ، مکانیک خاک ، مکانیک سنگ و بتن ، آسفالت ، کنترل کیفیت سازه ها و مصالح ساختمانی، از زمینه های فعالیت این آزمایشگاه می باشد.
۱-۲- اهم اهداف و وظایف
اهم اهداف:

* ارتقا جایگاه سازمانی سازمان عمران
*افزایش بهره وری
*کاهش زمان چرخه تحویل خدمات به مشتریان
*افزایش رضایت مندی مشتریان و کاهش شکایات مشتریان
*توسعه تحقیقات و پژوهش در زمینه های فعالیت سازمان
اهم وظایف:
*بررسي و تعيين خصوصيات فيزيكي، شيميايي و مكانيكي خاكها . مصالح ساختماني
*انجام كليه آزمايشات طبقه بندي و مهندسي خاك و سنگ.
*كنترل مصالح و مواد و تطبيق آنها با مشخصات فني پروژه ها.
*تهيه و ارائه طرح هاي اختلاط آسفالت و بتن.
*حفاري و نمونه برداري خاك و سنگ و تهيه گزارش ژئوتكنيك .
*عرضه خدمات مهندسي ژئوتكنيك و مكانيك خاك.
*طرح، مطالعه و نظارت بر پروژه هاي راهسازي و بهسازي طبق ضوابط سازمان برنامه و بودجه.
۳- اهم سوابق اجرائی
آزمایشگاه فنی مکانیک خاک سازمان عمران شیراز، در راستای اهداف سازمانی نه تنها در اکثر پروژ ه های عمرانی مربوط به شهرداری شیراز، اهم از مناطق هشت گانه و سازمانهای و موسسات وابسته به آن، بلکه در سایر پروزهای عمرانی مربوط

به دیگر بخشهای دولتی و غیر دولتی نیز مشعول ارائه خدمات می باشد.

تجهیزات
۴- تجهیزات آزمایشگاهی
آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک سازمان عمران با داشتن ابزار و وسايل آزمايشگاهي پیشرفته، قادر به انجام كليه آزمايشات مورد نياز پروژه های عمرانی، مطابق با استانداردهاي مربوطه می باشد.
Light Drop Weight Tester
* دستگاهی مدرن ساخت شرکت ZORN آلمان، برای آزمایش تعیین توان باربری دینامیک Evd در خصوص لایه های مصالح راه سازی
Ultrasonic Pulse Velocity Tester
* دستگاه اولتراسونيك بتن در رابطه با آزمایش کنترل کیفیت بتن
* دستگاه استراکشن آسفالت
* دستگاه لس آنجلس
* دستگاهبرش مستقيم
* دستگاهتحكيم
* دستگاهسي . بي . آر
* اون های برقي

* نفوذ پذيري با بارافتان و ثابت
* ترازوي دستي با حساسيت ۱/۰ گرم
* ترازوي ديجيتالي برقي
* سيستم های رايانه ای (جهت ارائه گزارشات آزمایشگاهی دقیق)
گزارش سوم عملیات مکانیک
هدف آزمایش :بدست آوردن حدود آتربرگ
بحث:
وقتی کانیهای رسی در خاکهای ریز دانه وجود داشته باشد خاک میتواند با

وجود مقداری رطوبت بدون خرد شدن به صورت خمیری در اید.این حالت چسبندگی ناشی از آب جذب شده در پیرامون ذرات رس است. در ابتدای دهه ۱۹۹۰ یک دانشمند سوئدی به نام آتربرگ روسی را برای توصیف حساسیت خاکهای ریز دانه در ارتباط با تغییر درصد رطوبت آنها ابداع کرد. در درصد رطوبت بسیار کم خاک شبیه به یک جسم سفت(جامد) رفتار میکند.وقتی درصد رطوبت بسیار زیاد است خاک و آب شبیه یک مایع به حرکت در می ایند.بنابراین بر اساس یک اصل قراردادی بسته به درصد رطوبت طبیعت و رفتار خاک میتواند به چهار حالت مهم تقسیم شود که عبارتنداز :سفت(جامد) و نیمه سفت(نیمه جامد) و خمیر(پلاستیک) و مایع(روان) میباشد درصد رطوبتی که در آن درصد رطوبت حالت سفت به نیمه سفت تبدیل میشود را حد انقباض مینامند.در صد رطوبتی که در آن نقطه خاک از حالت نیمه سفت به حالت خمیر در می اید را حد خمیری می گویند و به درصد رطوبتی که از حالت خمیری به حالت مایع یا روان تبدیل میشود حد مایع یا روانی اطلاق میشود.

در بخشهای گذشته برای توضیح فیزیکی حالتهای یک لایه درشت دانه از روابطی مانند و و … استفاده کردیم که میتوانستیم خاکهای بزرگ دانه را دسته بندی کنیم.ولی این معیارها برای خاکهای ریز دانه کافی نیست. برای رسها و سیلتها دسته بندی معمول حاصل از ویزگیهای مهندسی مربوط به تغییر شرایط رطوبتی میباشد. به طور مرسوم این خصوصیات با میزان سفتی[۱] توضیح داده میشود. حال روش تجربی آتربرگ[۲] بیشتر برای خاکهای چسبنده کاربرد دارد.
وقتی که خاکی چسبنده با مقدار زیادی آب مخلوط میشود به یک حالت روانی یا مایع گونه در می اید و مانند یک سیال غلیظ مانند جریان می یابد.زمانی که این سیال غلیظ به تدریج خشک شود و رطوبت خود را از دست دهد به یک حالت خمیری یا پلاستیک میرسد.
با کاهش بیشتر رطوبت خاک به یک حالت نیمه جامد و بعد به حالت کاملا جامد میرسد.
وسایل آزمایش
۱- دستگاه حد روانی کاساگرانده
۲- شیار کش
۳- کاردک
۴- گرمکن
۵- ترازو با دقت ۰۱/۰ گرم
۶- دستمال برای پاک کردن کاسه دستگاه
۷- شیشه که به عنوان میز کار میباشد

روش انجام کار
ابتدا مقداری خاک را از الک شماره ۴۰ (قطر آن ۴۲۵/۰) عبور داده و از آن به مقدار ۳۰۰ تا ۵۰۰ گرم جدا کرده و به مدت ۱۶ ساعت در مجاورت آب قرار داده تا کاملا رطوبت جذب کند. برای این ما این کار را انجام میدهیم که تمام قسمتهای خاک رطوبت کافی جذب کند تا حدودی که بدست می آوریم صحیح باشد.
بعد از این خاک مرطوب را روی شیشه ریخته و با کاردک عمل خمیر گیری را انجام میدهیم تا

کاملا همگن شود. و داخل کاسه دستگاه کاساگرانده را پر کرده (به مقدار ) و بعد با شیار زن یک شیار روی خاک مرطوب ایجاد کرده و دستگاه را به برق میزنیم. در هر بار کاسه دستگاه به مقدار یک سانتیمتر بالا رفته و در برگشت ضربه ای به خاک وارد میکند و هر ضربه معادل ۱ تنش برشی به خاک وارد میکند.
باید سعی کنیم که تعداد ضربات ما بین ۲۰ تا ۳۰ ضربه باشد تا بتوان با ۴ تا ۵ نقطه منحنی روانی[۳] را رسم کرد. اگر رطوبت کم باشد باید آب به خاک اضافه کرده و مخلوط میکنیم و اگر رطوبت زیاد باشد باید آن را در oven قرار میدهیم و از اضافه کردن خاک به آن خودداری میکنیم.بعد از هر بار باید مقداری خاک نمونه ای را برداشته و درصد رطوبت آن را بدست آوریم. سپس میتوان نموداری برای ا ین نقاط برازش دهیم و رطوبت n=25 را از آن پیدا کرد.
برای بدست آوردن حد خمیری نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا خاک مرطوب را با دست و روی شیشه به صورت فتیله های در آورده تا ضخامت این فتیله ها به ۳ میلیمتر باشد و نباید در حین این عمل این فتیله ترک بخورد پس تا زمانی این کار را ادامه میدهیم تا فتیلیه ای به ضخامت ۳ میلیمتر در بیاید.سپس میتوان درصد رطوبت این فتیله را بدست آورد و به راحتی حد خمیری این خاک بدست می اید.
برای بدست آوردن حد انقباض نیز چنین عمل میکنیم که ابتدا رطوبت خاک مرطوب را بالا برده و آن را در یک قوطی ای که با روغن اندود شده است ریخته و بعد به مدت ۲۴ ساعت در همین حالت قرار داده تا کاملا آب جذب این خاک شود وبعد از ۲۴ ساعت مجموعه را وزن کرده و در ovenقرار داده تا به مدت ۲۴ ساعت بماند و بعد از وقت مقرر آنرا بیرون آورده و وزن و حجم آنرا بدست می آوریم. برای بدست آوردن حجم آن از دستگاه مخصوصی که در آزمایشگاه موجود میباشد استفاده میکنیم.

محاسبات:
حد خمیری حد انقباض
شماره قوطی ۱۲ ۲۲ ۱۴ ۲۳ ۴۱ ۱۳
وزن قوطی ۲۱٫۰۸ ۱۷٫۶۱ ۱۸٫۷۵ ۱۹٫۴۲ ۲۰٫۱۲ ۱۸٫۰۴
وزن خاك + خاك مرطوب ۵۳٫۷۸ ۴۲٫۷۷ ۶۲ ۵۴٫۸۹ ۳۰٫۵۳ ۱۸۲٫۶۶
وزن قوطی+خاك خشك ۴۶٫۵۹ ۳۷٫۳ ۵۲٫۲۷ ۴۷٫۳۹ ۲۸٫۸۲ ۱۴۱٫۵۳
درصد رطوبت ۲۸٫۲ ۲۷٫۸ ۲۹٫۰ ۲۶٫۸ ۱۹٫۷ ۱۹٫۵۵
تعداد ضربه ۲۳ ۲۷ ۱۷ ۳۲

درصد رطوبت برای قوطی شماره ۱۲
درصد رطوبت برای قوطی شماره۲۲
درصد رطوبت برای قوطی شماره۱۴
درصد رطوبت برای قوطی شماره۲۳
در صد رطوبت برای حد انقباض از رابطه زیر بدست می اید:

که در آن درصد رطوبت حد انقباض میباشد. و به ترتیب حجم خاک مرطوب برای بدست آوردن حد انقباض و حجم خاک خشک بعد از بیرون آوردن از گرمکن میباشد. نیز در واقع درصد رطوبت خاک مرطوب قبل از قرار دادن در oven میباشد. پس با استفاده فرمول بالا درصد رطوبت

حد انقباض عبارتند از:

با استفاده از محاسبه درصد رطوبت فتیله حد انقباض نیز محاسبه میشود:

نمودار Flow curve

با توجه نمودار flow curve میتوان درصد رطوبت حد روانی را به دست اورد كه در این صورت این مقدار برابر ۸۳/۲۷ درصد خواهد بود.
آزمایشگاه مکانیک خاک و سنگ > آزمایشگاه دانه بندی
۱-دانه بندی شماره استاندارد ASTM:D421, D422
هدف اصلی این آزمایش تعیین نحوه توزیع ذرات خاک با اندازه های بزرگتر از ۷۵% میلیمتر به روش الک کردن جهت طبقه بندی خاکها می باشد.
۲- هیدرومتری شماره استاندارد ASTM:D421, D422
هدف اصلی این آزمایش تعیین نحوه توزیع ذرات خاک کوچکتر از ۷۵% میلیمتر ( لایه و روس ) به روش ته تنشینی در محلول استوکس و بوسیله هیدرومتر استاندارد می باشد.
۳- هیدرومتری مضاعف ( دو گانه ) شماره استاندارد ASTM:D421
این نوع آزمایش در خاکهای رسی دارای خاصیت روانگرایی صورت می گیرد. ابتدا یک آزمایش هیدرومتری ساده انجام می شود و سپس نمونه ای دیگر از همان خاک بدون هم زدن و مواد شیمیایی مخصوص آزمایش می شود.
درصد ذرات کوچکتر از ۰۵/۰ میلیمتر برای هر یک از نمونه ها تعیین شده و نسبت بین این دو مقدار بدست آورده است.
۴- حدود اتربرگ شماره استاندارد ASTM:D423,D424,D427
هدف اصلی این آزمایش تعیین درصد رطوبت حد روانی و درصد رطوبت حد خمیری و درصد رطوبت حد انقباض خاکها می باشد . میزان رطوبت در نقطه انتقال از جامد به نیمه جامد در نقطه انتقال از نیمه جامد به خمیری، حد خمیری و از خمیری به مایع ، حد روانی نامیده می شود . حدود نامبرده ، به حدود اتربرگ معروف هستند.این آزمایش برای قسمت ریزدانه خاک ( کوچکتر از الک ۴۰ ) انجام می شود و البته فقط ریزدانه بودن خاکها کافی نیست کلیه بلکه باید نوع ریزدانه که آیا مثلا”کوارتز خرد شده یا کانی های رسی است مشخص شود.
وقتی در خاکهای ریزدانه کانی های رسی ظاهر شود، با مرطوب کردن خاک حالت خمیری به خود می گیرد. این خاصیت چسبندگی به علت آب جذب شده ای اس

ت که ذرات رس را احاطه کرده است و تغییر در میزان آب داخل مجموعه ، رفتار خاک را تغییر می دهد.
۵- ارزش ماسه شماره استاندارد ASTM:D419
با آزمایش هم ارز ماسه می توان نسبت ماسه به ریزدانه ها (

اسپلت و رس ) در خاک را تعیین نمود. این آزمایش بیشتر در حالت خاکهای دانه ای اهمیت دارد. چون وجود ذرات ریز ممکن است در رفتار این نوع خاکها تاثیر بگذارد . آزمایش برروی مصالح عبوری از الک نمره ۴(mm 7/4 ) انجام می شود و نتایج را سریع بدست می دهد. مقدار ارزش ماسه ، نسبت به ارتفاع کل خاک در استوانه استاندارد برای یک حجم معین خاک تعریف می شود.
این آزمایش بیشتر جهت تعیین مرغوبیت مصالح ( تمیزی ماسه ) مصرفی جهت راهسازی ، بتن سازی ، آسفالت و لایه های زهکشی کاربرد دارد.
۶- پین هول شماره استاندارد ASTM:D647
آزمایش پین هول به دلیل مدلسازی مناسب نحوه فرسایش در سازه های آبی ، متداول ترین آزمایش جهت تعیین فرسایش ناشی از واگرایی در خاکهای رسی است که توسط شرارد در سال ۱۹۷۳ ابداع شد. در این آزمایش خاصیت واگرایی ( از هم گسیختگی ، آب شستگی و فرسایش ) خاکهای رسی ، بطور کیفی و مستقیما” بوسیله عبور جریان آب از یک سوراخ کوچک ایجاد شده در نمونه آزمایش اندازه گیری می شود.
براساس توصیه استاندارد نتایج این آزمایش لازم است توسط آزمایشهای تکمیلی نظیر هیدرومتری مضاعف یا آزمایشهای شیمیایی کنترل شود.
۷- تراکم خاک شماره استاندارد ASTM:D698-00a
هدف این آزمایش تعیین حداکثر دانسیته خشک و درصد رطوبت بهینه می باشد. خاکهایی که به عنوان خاکریز مهندسی و یا خاک فونداسیون مورد استفاده قرار می گیرند جهت بهبود خواص مهندسی شان متراکم می شوند آزمایش تراکم اصولی را برای تعیین درصد تراکم و درصد رطوبتی که با آن می توان به خواص مهندسی مطلوب رسید فراهم می نماید.
۸- تعیین نسبت باربری کالیفرنیا شماره استاندارد ASTM:D1883-99
این روش آزمایش برای بررسی مقاومت بالقوه بستر ، زیراساس و مصالح قشر اساس مشتمل بر مواد بازیافت شده مصرفی در راه سازی می باشد.مقدار C.B.R بدست آمده از این آزمایش مبنای چند روش طرح روسازی انعطاف پذیر می باشد.
۹- تعیین درصد رطوبت خاک شماره استاندارد ASTM:D2216
هدف این آزمایش اندازه گیری میزان رطوبت موجود در خاکها می باشد.
روش هاي استاندارد
۱- سه محوري سنگ و تعيين مدول الاستيسيته :
شماره استاندارد ISRM , ASTM D: 2664
2- سرعت صوت و ثابت هاي الا ستيک دينا ميکي :
شماره استاندارد ASTM D : 2745

۳- مقاومت فشاري تک محوري سنگ :
شماره استاندارد ISRM , ASTM C :170 , ASTM D : 2938
4- برش مستقيم سنگ در صفحات ضعيف :
شماره استاندارد ASTM D : 5607 , ISRM
5- آزمايش بار نقطه اي :

شماره استاندارد ASRM , ASTM D: 5731
6-مقاومت کششي غير مستقيم سنگ (برازيلين) :
شماره استاندارد ISRM , ASTM D : 3967
7 – تشريح نظري و مکروسکوپي سنگ :
شماره استاندارد ISRM
شماره استاندارد B.S. 812
9 – تعيين درصد خردشدگي در برابر فشار :
شماره استاندارد B.S. 812
10 – تعيين انديس تطويل و تورق مصالح سنگي :
شماره استاندارد B.S. 812

۱۱- تعيين ميزان سختي سنگ به روش موس ( تعيين درجه شکستگي مصالح سنگي و تعين درجه سخت شدگي )
شماره استاندارد ISRM
12- تعيين افت مصالح سنگي و شن و ماسه در برابر يخبندان :
۱۳-مقاومت در برابر سولفات هاي سديم و منيزيم :
۱۴-مقاومت در برابر سايش (به روش لوس آنجلس)
شماره استاندارد ISRM , ASTM C:131,C:535 AASHTO T: 96
15- شاخص دوام , ابديدگي (وارفتگي)سنگ : (دورابيليتي)
شماره استاندارد ۴۶۴۴ ASTM D
آزمايشگاه دانه بندي > روش هاي استاندارد
۱- دانه بندي