فایل ورد کامل مقاله مرور بر مکانیک خاک؛ بررسی علمی اصول مهندسی و کاربردهای آن در عمران و ژئوتکنیک

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله مرور بر مکانیک خاک؛ بررسی علمی اصول مهندسی و کاربردهای آن در عمران و ژئوتکنیک دارای ۲۴ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله مرور بر مکانیک خاک؛ بررسی علمی اصول مهندسی و کاربردهای آن در عمران و ژئوتکنیک  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله مرور بر مکانیک خاک؛ بررسی علمی اصول مهندسی و کاربردهای آن در عمران و ژئوتکنیک،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله مرور بر مکانیک خاک؛ بررسی علمی اصول مهندسی و کاربردهای آن در عمران و ژئوتکنیک :

مروری بر مکانیک خاک

ترکیب و طبقه‌بندی خاک
خاک از سه بخش تشکیل شده است، آب، هوا و قسمت جامد، که مجموع آب و هوا، منافذ گویند. و روابط زیر بین آنها حاکم است:

خاک‌ها از متلاشی شدن سنگ‌ها پدید می‌آیند و فضای خالی بین ذرات خاک از آب یا هوا (سیالات) پر شده است. پیوند ضعیف بین ذرات خاک معمولاً به علت رسوب کربنات‌ها و یا اکسیدها و یا به سبب وجود مواد آلی و یا پیوندهای بین مولکولی است. اگر مواد حاصل از متلاشی شدن سنگ‌ها در محل اصلی خود باقی بمانند، خاک حاصل از نوع برجا و در صورتی که مواد متشکل به محل دیگری حمل و به جای گذاشته شوند، خاک از نوع انتقالی است. نیروی ثقل، باد، آب و یخچال‌های طبیعی، عوامل جابجا شدن خاک‌ها می‌باشند.

روند تخریبی تشکیل خاک از سنگ ممکن است فیزیکی و یا شیمیایی باشد. روند تخریب فیزیکی به صورت فرسایش حاصل از عمل باد، آب و یخچال‌ها، جاذبه و سقوط و یا خرد شدن ناشی از تناوب ذوب و انجماد آب موجود در حفره‌ها و ترک‌های داخل سنگ صورت می‌گیرد. در این حالت، ذرات خاک پدید آمده همان ترکیب شیمیایی سنگ مادر را دارا هستند. مانند ماسه که از تخریب فیزیکی ماسه سنگ یا کوارتز حاصل می‌شود. خاک‌های بوجود آمده از این طریق دارای شکل‌های گرد، تیز گوشه، ورقه‌ای و یا سوزنی هستند که می‌توان به خاک‌های درشت دانه شنی و ماسه‌ای در این مورد اشاره نمود.

در روند تخریب شیمیایی نوع کانی سنگ مادر بر اثر عواملی از قبیل آب (به ویژه اگر قدری اسیدی یا قلیایی باشد)، دی اکسید کربن، اکسیژن و سایر عوامل دستخوش تغییر می‌شود و ساختمان خاک حاصل به لحاظ ساختار شیمیایی متفاوت با سنگ مادر است. مثلاً کانی رسی کائولینیت، از تجزیه فلدسپات تحت اثر آب و دی اکسید کربن بوجود می‌آید. غالباً خاک‌های ریزدانه تحت چنین فرآیندی بوجود می‌آیند و دارای بافت صحفه‌ای با باندهای الکتریکی‌اند.

شناسایی و طبقه‌بندی خاک ها
در مهندسی پی و پی‌سازی، خاک‌ها به دو دسته مهم، یعنی ریزدانه و درشت دانه تقسیم می‌شوند که می‌توان تعبیر خاک‌های چسبنده و غیرچسبنده (اصطکاکی) را نیز به ترتیب برای آنها بکار برد. خاک‌های ریزدانه از تخریب شیمیایی سنگ پدید می‌آیند و ذرات آنها با چشم دیده نمی‌شوند. مقاومت برشی آنها عمدتاً از طریق پارامتر چسبندگی (C) حاصل می‌شود. تراکم آنها دشوار است و عمده نشست ناشی از بارگذاری در آنها وابسته به زمان است. این خاک‌ها دارای قابلیت آبگذری و یا ضریب نفوذپذیری پایینی هستند و غالباً توان باربری و سختی کمتری نسبت به خاک‌های درشت دانه دارند. رفتار خاک‌های ریزدانه با جذب آب تغییر می‌کند. از طرف دیگر، خاک‌های درشت دانه دارای نفوذپذیری و زه‌کشی قابل توجه

می‌باشند و از مصالح مناسب جهت کاربرد در صنعت راهسازی، زهکشی و فیلتر، بتن و آسفالت به شمار می‌آیند. به استثنای ماسه‌های شل و غیرمتراکم. این خاک‌ها معمولاً توان باربری و سختی مناسب با قابلیت تغییرات حجمی کم در بارگذاری استاتیکی دارند.

مقاومت برشی این خاک‌ها از طریق اصطکاک داخلی بین ذرات ( ) حاصل می‌شود. نشست این خاک‌ها هنگام بارگذاری به صورت آنی و سریع است. تراکم اینگونه خاک‌ها نیز به سهولت توسط کوبنده‌های ارتعاشی انجام می‌پذیرد. خاک‌ها به دو روش صحرایی و آزمایشگاهی شناسایی و طبقه‌بندی می‌شوند. چگونگی روش‌های متداول طبقه‌بندی خاک‌ها به شرح زیر است:

شناسایی صحرایی خاک‌ها
به عنوان بررسی‌های محلی و شناسایی‌های اولیه گاهی لازم است که خاک در محل پروژه مورد ارزیابی قرار گیرد که در این زمینه روش‌های زیر متداول هستند:
• شناسایی چشمی
اگر نصف ذرات خاک با چشم دیده شوند، خاک درشت دانه و در غیراینصورت ریزدانه می‌باشند. اگر در خاک درشت دانه بیش از نیمی از ذرات از دانه عدس بزرگتر باشند، خاک درشت دانه از نوع شن و در اینصورت ماسه می‌باشد.

• تکان دادن (ارتعاش)
اگر با افزودن آب به یک مشت خاک، گلوله‌ای خمیری به قطر حدود ۵ سانتیمتر درست کنیم و در کف‌دست چندین بار تکان دهیم. در صورتی که خاک موردنظر لای یا به اصطلاح سوئدی باشد «میتا» باشد، سطح خارجی آن با فیلم نازکی از آب شفاف می‌شود و در صورتی که رس باشد، پدیده قابل توجهی در سطح خارجی آن مشاهده نمی‌شود.

• آزمایش مقاومت خشک
مقدار از خاک موردنظر را با آب مخلوط و خمیری می‌سازیم. خمیر حاصل را در گرمخانه (آون) خشک نموده، سپس به کمک انگشتان دست سعی می‌کنیم نمونه را بشکنیم. با افزایش خاصیت خمیری خاک، مقاومت خشک آن افزایش می‌یابد. رس با خاصیت خمیری بالا بیشترین مقاومت خشک را دارا می‌باشد. مقاومت رس با خاصیت خمیری کم و لای با خاصیت خمیری بالا، مقدار کمتر است. کمترین مقاومت را در این بین، خاک‌های آلی و لای با خاصیت خمیری پایین دارند. ماسه‌های ریز، لای‌های ریز و ماسه لای‌دار مقاومتی از خود نشان نمی‌دهند. این آزمایش را بر روی نمونه‌های خشک شده در محل نیز می‌توان انجام داد.

• آزمایش سفتی
نمونه‌ای از خاک را با آب مخلوط و خمیره‌ای می‌سازیم. سپس همانند آزمایش حد خمیری در مکانیک خاک، فتیله کردن خمیر با کف دست روی یک سطح شیشه‌ای انجام می‌شود تا کاهش قطر آن به ۳ میلیمتر بالغ گردد. خاک‌های آلی و لای‌دار در دفعات اولیه ترک برمی‌دارند، اما رس‌ها چندین بار قابلیت گلوله و فتیله شدن حتی تا قطر کمتر از ۳ میلیمتر را از خود نشان می‌دهند.

• آزمایش ته نشینی
حدود ۵۰ گرم (برای خاک‌های شنی مقداری بیشتر) خاک را در یک ظرف یا لیوان شیشه‌ای به عمق ۱۵ سانتیمتر ریخته و آن را با آب پر می‌کنیم. سپس آن را هم می‌زنیم. اگر خاک مورد مطالعه، شن یا ماسه درشت دانه باشد، سریعاً ته‌نشین می‌شود. اگر ماسه ریزدانه باشد، در مدت زمان کمتر از ۱۰ دقیقه و اگر لای باشد از ۱۰ تا ۶۰ دقیقه ته‌نشین خواهد شد. در مورد رس‌ها زمان ممکن است چندین ساعت و حتی شبانه‌روز به طول انجامد.

رنگ، بو و احساس
رنگ‌های تیره مثل قهوه‌ای، خاکستری و سیاه، نشانه وجود خاک‌های آلی است. خاک‌های آلی بوی بدی دارند. ذرات ماسه‌ها و لای‌ها به سادگی توسط دست از هم جدا می‌شود. لای زیر دندان تولید صدا نموده، ولی رس زیر دندان صدا نمی‌دهد.

طبقه‌بندی خاک‌ها در آزمایشگاه
یک سیستم طبقه‌بندی خاک، نشان دهنده وجود یک فرهنگ و ادبیات فنی و استاندارد مشترک بین دست‌اندرکاران مهندسی عمران می‌باشد که علاوه بر تهیه یک روش سیستماتیک دسته‌بندی بر مبنای رفتار محتمل مهندسی خاک‌ها، امکان دسترسی به مجموعه تجارب به دست آمده دیگران را نیز فراهم می‌نماید. یکی از رایجترین سیستم‌های طبقه‌بندی آزمایشگاهی خاک‌ها، سیستم طبقه‌بندی متحد یا یونیفاید می‌باشد که در سال ۱۹۴۸ توسط کاساگرانده ارائه شد و بعدها اصلاح گردید.

طبقه‌بندی متحد خاک‌ها برای خاک‌های درشت دانه بر اساس توزیع دانه‌بندی ذرات است، در حالی که رفتار خاک‌های ریزدانه اساساً به پلاستیسیته (خمیری بودن) و درصد رطوبت آنها وابسته است. بنابراین در این سیستم، تعیین دانه‌بندی خاک‌ها به کمک آنالیز الک و نیز تعیین حدود اتربرگ با استفاده از تعیین حدود خمیری و روانی خاک‌ها صورت می‌گیرد. چهار دسته اساسی خاک‌ها در سیستم طبقه‌بندی متحد عبارتند از:

• خاک‌های درشت دانه
• خاک‌های ریزدانه
• خاک‌های آلی
• خاک‌های نباتی

ذرات با قطر متوسط معادل بزرگتر از ۷۵۰ میلیمتر به مصالح اندازه بزرگ یا تخته سنگ اطلاق می‌شود. در این میان به اندازه‌های بزرگتر از ۳۰۰ میلیمتر، پاره‌سنگ و به اندازه ۷۵ تا ۳۰۰ میلیمتر، قوه سنگ گفته می‌شود. شن‌ها از محدوده ۷۶/۴ تا ۷۵ میلیمتر و ماسه‌ها ۷۵/۴ تا ۰۷/۰ میلیمتر را دربر می‌گیرند. اندازه ذرات لای در محدوده اندازه‌های ۰۷/۰ تا ۰۰۲/۰ میلیمتر قرار دارند و رس‌ها ذرات کوچکتر از ۰۰۲/۰ میلیمتر را شامل می‌شوند.

خاک‌های درشت دانه از قبیل شن و ماسه، ذراتی هستند که بیش از ۵۰ درصدشان روی الک شماره ۲۰۰ باقی مانده و به عبارتی نصف ذراتشان دارای اندازه معادل بزرگتر از ۰۷۵/۰ میلیمتر است. اگر بیش از نصف مصالح درشت دانه روی الک شماره ۴ (۷۵/۴میلیمتر) باقی بماند، خاک موردنظر شن و در غیراینصورت ماسه است. خاک‌های درشت دانه به زیرگروه‌هایی تقسیم می‌شوند که زیرگروه‌ها بر اساس دانه‌بندی خوب یا پیوسته، دانه‌بندی بد یا گسسته و یا یکنواخت، لای‌دار و رس‌دار با پسوندهای W, P, M, C به ترتیب مشخص می‌شوند.

اگر خاکی بیش از ۵۰% از الک ۲۰ رد شده باشد، در محدوده خاک‌های ریزدانه قرار گرفته که لای‌ها و رس‌ها را دربر داشته و بر اساس نمودار پلاستیسیته ارائه شده توسط کاساگرانده و انجام شدن آزمایش‌های اتربرگ حدود روانی و خمیری و شاخص خمیری طبقه‌بندی می‌شوند. در چارت پلاستیسیته اگر نقطه بدست آمده حاصل از آزمایش‌های حدود اتربرگ برای خاک‌های رد شده از الک ۴۰ در بالای خط A واقع شود، خاک مزبور رسی و اگر در زیر آن واقع شود، از نوع لای است. معادله خط A به صورت زیر تعریف می‌شود:
PI=0.73(LL-20)

ضمناً بر اساس میزان حد روانی اندازه‌گیری شده زیرگروه‌های پلاستیسیته کم و پلاستیسیته زیاد به ترتیب با پسوندهای L و H رده‌بندی می‌شوند. در این خصوص، حد فاصله بین پلاستیسیته کم و زیاد مقدار مربوط به حد روانی ۵۰% می‌باشد.

اگرچه استفاده از نمادهای مفروض مورد استفاده در طبقه‌بندی یونیفاید با سهولت همراه است، ولی این دسته‌بندی و عناوین بکار گرفته شده به طور کامل وضعیت نهشته خاک در محل را تشریح نمی‌کنند. به این علت اصطلاحات تشریحی در راستای بکارگیری سمبل‌های فوق باید منظور شوند تا سیمای کامل‌تری از وضعیت خاک ارائه گردد. مثلاً در مورد همه خاک‌ها ویژگی‌هایی از قبیل رنگ، بو، چگونگی قوام و همگن بودن باید مشاهده و ذکر شود. برای خاک‌های درشت دانه خصوصیاتی از قبیل شکل ذره، وضعیت کانی‌شناسی، درجه

هوازدگی، دانسیته در محل و یا درجه تراکم و میزان وجود و یا عدم وجود ریزدانه‌ها در آنها باید مشخص گردد. صفاتی از قبیل گرد بودن و تیز گوشه‌ای معمولاً جهت توجیه شکل دانه‌ها استفاده می‌شوند. دانسیته درجا و یا درجه تراکم با مشاهده چگونگی کندن مصالح و یا نفوذ ابزارهای نفوذی (پنترومتر) مشخص می‌شوند که در این خصوص، اصطلاحات شل، تراکم متوسط و متراکم جهت وضعیت دانسیته در محل بکار گرفته می‌شوند. مثلاً یک نهشته درشت دانه اگر در محل به راحتی با دست کنده و جابجا شود، از نوع خیلی شل و اگر برای کندن و حفاری آن نیازی به ابزارهای مکانیکی ماشینی باشد، می‌تواند از نوع خیلی متراکم و یا سیمانی شده تلقی گردد.

برای خاک‌های ریزدانه، از میزان رطوبت طبیعی، قوام و چگونگی قوام پس از دست خوردگی جهت تشریح استفاده می‌شود. قوام در شرایط طبیعی به تراکم و سفتی خاک‌های ریزدانه در رابطه با چگونگی کندن، جابجایی و یا نفوذ در خاک‌های مربوط می‌شود. اصطلاحاتی از قبیل نرم، سفت و یا سخت در این خصوص معمول است.
آب در خاک

وجود آب در خاک به خصوص در مورد خاک‌های ریزدانه در رفتار آنها اثر می‌گذارد و حرکب آب در خاک، حتی در خاک‌های درشت دانه ممکن است ناپایداری خاک را به همراه داشته باشد، ولی در خاک‌های ریزدانه اثری جدی روی مقاومت آنها دارد. به گفته کارل ترزاقی (۱۹۳۹)
«مشکلات در مهندسی ژئوتکنیک صرفاً به سبب ذرات جامد خاک در توده خاک نیست، بلکه مربوط به سیالات موجود در فضاهای خالی است و بر روی یک سیاره بدون آب نیازی به علم مکانیک خاک نمی‌باشد».

از عوارض وجود آب در خاک می‌توان به پدیده‌های کاهش تنش موثر و در نتیجه کاهش مقاومت برشی، تقلیل توان باربری، مویینگی، کاپیلاریته، انقباض و تورم خاک‌های ریزدانه، نشست تحکیمی خاک‌های ریزدانه، رمبندگی و واگرایی، پدیده رگاب یا فرار آب از سازه‌های خاکی، روانگرایی، جوشش ماسه‌ای و نیروی پرکنندگی (برکنش) را نام برد.
وضعیت آب زیرزمینی در خاک اغلب پیچیده بوده و نیاز به بررسی و رفتارسنجی جهت ملاحظه در مهندسی پی دارد. آب در زیرزمین به صورت سفره آزاد یا آب ثقلی، سفره‌های تحت فشار یا آرتزین و نیز سفره‌های موقتی بین لایه‌ای یافت می‌شود. در حالت معمول همان سفره آزاد یا آب ثقلی با سطح افقی در ارزیابی‌ها و مطالعات بکار گرفته می‌شود. در زیر سفره‌های آزاد آب، خاک اشباع می‌باشد. اصطلاح فشار آب منفذی و حفره‌ای مربوط به فشار آب در داخل منافذ و فضاهای خالی خاک بوده که مجموع فشارهای هیدرواستاتیک و فشار منفذی اضافی است.

فشار منفذی اضافی در نتیجه انقباض و انبساط حفره‌های خاک بر اثر نشست، تورم و برش بوجود می‌آید. بزرگی فشار منفذی اضافی به میزان اعمال بار که سبب تغییر حجم حفره‌های خاک می‌شود و نیز میزان زهکشی به داخل و یا خارج منافذ بستگی دارد. وقتی که حجم خلل و فرج‌ها کمتر می‌شود، فشارهای اضافی منفذی مثبت و وقتی که حجم حفره‌ها بیشتر می‌شود، اضافه فشار منفذی منفی را شاهده خواهیم بود. از آنجا که اضافه فشار منفذی متعاقب پدیده‌های نشست، تورم و یا اعمال برش است، بر اثر تکمیل پدیده‌های فوق، این اضافه فشار حفره‌ای محو و یا زایل می‌شود. بنابراین، پدیده فشار منفذی یا حفره‌ای اضافی، پدیده‌ای موقتی در خاک است.

آزمایش استاندارد تراکم A –
هدف: متراکم نمودن خاک تا بتواند بارهای وارد به آن را تحمل کند.

وسایل مورد نیاز:
۱ قالب تراکه
۲ چکش تراکه
۳ خاک مورد آزمایش
۴ آب
۵ کاردک
۶ دستگاه اون
۷ قالب‌های جهت اندازه‌گیری رطوبت

شرح آزمایش:
در ابتدا، قسمت بالای قالب تراکه را جدا کرده و قسمت پایین آن را وزن می‌کنیم. سپس خاک مورد آزمایش که از منطقه قرضه برداشته شده را به اندازه ۴ کیلوگرم از الک نمره ۴ عبور می‌دهیم و به میزان ۳ درصد کل وزن خاک، یعنی ۱۲۰ گرم به آن آب اضافه می‌کنیم و خوب خاک را ورز می‌دهیم تا کل خاک رطوبت لازمه را بدست آورد و سپس قالب را از سه لایه پر کرده و هر لایه را با چکش در ۲۵ ضربه می‌کوبیم. پس از اتمام کار، قسمت بالای قالب را برداشته و فک متراکم شده در آن را وزن می‌کنیم. پس از وزن کردن، خاک متراکم شده داخل قالب را به خاک قبلی اضافه می‌کنیم و دوباره به اندازه ۴۰ گرم آب به آن اضافه می‌کنیم و عمل تراکم را دوباره انجام می‌دهیم. این کار را ادامه می‌دهیم که وزن قالب و خاک جدید از وزن مرحله قبلی خود کمتر ‌شود.

در ابتدا پلیت را روی خاکی می‌ریزیم که می‌خواهیم. می‌گذاریم به اندازه قطر سوراخ به اندازه لایه‌ای که آن را متراکم کردیم‌، پایین می‌رویم. تمام خاک داخل حفره را داخل پلاستیک می‌ریزیم. در این حالت ذره‌ای از خاک نباید باقی بماند، چون ممکن است ما جابجا شود.

خاک کنده شده از چاله را وزن می‌کنیم. بعد از وزن خاک، مقداری از آن را جهت تعیین درصد رطوبت، در ظرف درب‌دار قرار می‌دهیم تا آن را در آزمایشگاه به صورت دقیق وزن کنیم. پس از وزن کردن، آن را داخل دستگاه اون می‌گذاریم. چون سطح در اطراف چاله صاف نمی‌شود و ممکن است تکه‌هایی از آن کنده شده باشد، در این حالت می‌توان حجم چاله را بدست آورد. برای بدست آوردن حجم چاله، نیاز به ماسه استاندارد داریم. ماسه استاندارد را در آزمایشگاه درست می‌کنیم و آن ماسه‌ای است که از الک نمره ۱۰ رد شده باشد و بر روی الک ۲۰ باقی بماند. داخل سندباتل را پر از ماسه می‌کنیم و سندباتل و ماسه درون آن را وزن می‌کنیم. سندباتل را می‌گذاریم روی چاله و دسته شیر را آزاد می‌کنیم و ماسه با سقوط آزاد داخل چاله می‌ریزد. چون ماسه‌ ریز است و سقوط آزاد می‌کند، تمام حفره‌های داخل چاله را پر می‌کند.

آزمایش دانه‌بندی ذرات
هدف:
دانستن اندازه ذرات موجود در خاک و نوع دانه‌بندی خاک
وسایل مورد نیاز:

۱ الک با شماره‌های مورد نیاز
۲ ترازو
۳ خاک یک کیلوگرم
۴ دستگاه Shaker

شرح آزمایش:
الک‌های مورد نیاز را به ترتیب قطر سوراخ‌ها از بزرگتر به کوچکتر بر روی یکدیگر قرار می‌دهیم. مقدار ۱ کیلوگرم خاک از محل مورد نیاز نمونه‌برداری می‌کنیم و آن را بر روی الک‌ها می‌ریزیم. سپس ۳ تا ۵ دقیقه به وسیله دست یا shaker آن را تکان می‌دهیم. پس از لرزاندن مقدار خاک‌های باقیمانده بر روی الک‌ها را با ترازو وزن می‌کنیم و طبق وزن‌های بدست آمده، جدول دانه‌بندی و منحنی نیمه‌لگاریتمی را رسم می کنیم.
شرح آزمایش:

ابتدا ظرف فلزی به وسیله ترازو وزن کرده و عدد بدست آمده را برابر w1 قرار می‌دهیم. سپس مقدار خاک را درون ظرف ریخته و به وسیله ترازو وزن ظرف و خاک درون آن را بدست آورده و آن را معادل w2 درنظر می‌گیریم. دستگاه اوون را روشن کرده و ظرف را در دمای ۱۰۵ درجه سانتی‌گراد درون اوون قرار می‌دهیم. پس از گذشت ۲۴ ساعت، ظرف را بیرون آورده و وزن آن را به وسیله ترازو به دست می‌آوریم

هدف آزمایش:
میزان رطوبتی که خاک در حالت طبیعی، در حالت اشباع خاک دارد را بدانیم و رفتار خاک را در این رطوبت‌ها بررسی کنیم.
آزمایش تعیین حد روایی
هدف:
تعیین شناسایی خاک‌های چسبنده
وسایل مورد نیاز:

۱ دستگاه کاساگرانده استاندارد
۲ تیغه شیارزن
۳ کاردک فلزی
۴ آب
۵ خاک نمونه، ۳۰۰ گرم
۶ الک نمره ۴۰
۷ ترازو

۸ قالب اندازه‌گیری رطوبت
شرح آزمایش:
برای تعیین حد روائی، ابتدا نمونه‌ای از خاک به میزان ۳۰۰ گرم را از الک نمره ۴۰ رد می‌کنیم و آن را بر روی شیشه ریخته و به آن کمی آب اضافه می‌کنیم و به وسیله کاردک فنری آن را طوری ورز می‌دهیم که حباب‌های هوای داخل آن خارج و خمیری سفت بدست آید.

قبل از انجام آزمایش، باید دستگاه را استاندارد کنیم، یعنی مطمئن شویم که ارتفاع سقوط کاسه به اندازه ۱ سانتی‌متر است. این کار را با میله‌ای که قطر آن ۱ سانتی‌متر است، انجام می‌دهیم. میله را از زیر کاسه گذاشته و توسط پیچی که به آن پیچ تنظیم گویند، تنظیم می‌کنیم. ظرف کاساگرانده را با خمیر پر می‌کنیم، طوری که ارتفاع آن از ۱ سانتی‌متر بیشتر نباشد. سپس توسط تیغه شیارزن استاندارد، در خمیر شیاری ایجاد می‌کنیم. ارتفاع این تیغه ۱ سانتی‌متر و دو قاعده آن، ۲۱۱ میلی‌متر می‌باشد

. سپس دسته جام را می‌چرخانیم، طوری که این کاسه ۱ سانتی‌متر بالا آمده و به صورت سقوط آزاد بر روی پایه پلاستیکی می‌افتد. به این ترتیب، ضربه‌ای به خاک وارد می‌شود. تعداد ضربات باید ۲۵ ضربه و هر دو ضربه در یک ثانیه صورت گیرد. دو بلوک در حین ضربه به هم نزدیک می‌شوند و شیاری به اندازه ۷/۱۲ یا ۱۳ میلی‌متر به وجود می‌آید.

در این حالت، رطوبت خاک را به عنوان حد روایی می‌نامیم. البته آزمایش را در سه مرحله انجام می‌دهیم، چون ممکن است در ۲۵ ضربه، شیار مورد دلخواه بسته نشود.
در مرحله اول، تعداد ضربات ۳۵-۲۵ ضربه، در مرحله دوم، ۲۵-۲۰ ضربه، در مرحله سوم، ۲۰-۱۰ ضربه. در هر مرحله، مقداری از خمیر را داخل دستگاه اوون قرار داده تا رطوبت هر مرحله بدست آید.
تعریف حد روایی:
میزان رطوبتی که خاک به اندازه ۷/۱۲ یا ۱۳ میلی‌متر از شیار بوجود آمده، با ۲۵ ضربه بسته شود، به عنوان رطوبت حد روایی اعلام می‌شود.
آزمایش حد خمیری
وسایل مورد نیاز:
۱
۲ خاک مورد آزمایش
۳ آب
۴ شیشه مربعی ضخیم
۵ کاردک فنری
۶ قوطی تعیین رطوبت
۷ اوون
۸ ترازو

شرح آزمایش:
مقداری خاک به اندازه ۱۰۰-۵۰ گرم که از الک نمره ۴۰ رد شده را بر روی شیشه می‌ریزیم و به آن کمی آب اضافه می‌کنیم. سپس توسط کاردک فنری، آب را با خاک طوری مخلوط کرده که خمیری سفت بدست آید که حباب‌های هوای داخل آن گرفته شده باشد. سپس خمیر را با دست به صورت فتیله‌ای که قطر آن حدود ۲/۳م.م است، درمی‌آوریم.
برای بدست آوردن رطوبت حد خمیری، بایستی در فتیله ترک‌هایی نازک ایجاد شود. اگر این کار اتفاق نیافتد، بایستی دوباره فتیله را به صورت گلوله درآورد و دوباره با دست فتیله جدیدی درست کرد. در این حالت، مقداری رطوبت از طریق دست جذب و رطوبت فتیله کاهش می‌یابد. پس از رویت ترک در خمیر، مقداری از آن را وزن کرده و داخل دستگاه اوون قرار می‌دهیم تا در صورت رطوبت یا حد خمیری آن بدست آید.

آزمایش برش مستقیم
هدف:
بدست اوردن پارامترهای مقاومتی خاک
زاویه اصطکاک داخلی ,چسبندگی(c)
وسایل مورد نیاز:

۱- ماسه
۲- آب برای اشباع خاک

۳- وزنه های مورد نیاز
۴- قالب برش مستقیم
شرح ازمایش:
معیار گسیختگی موهر-کلمب
این قالب از دو فک بالا و پایین تشکیل شده که فک بالا متحرک و فک پایین ثابت است. نمونه خاک ماسه ای را درون دستگاه ازمایش برش مستقیم قرار داده اطراف قالب را از اب پر می کنیم تا خاک اشباع شود. سپس نیروی قائم را با اضافه کردن وزنه اعمال می کنیم تا نمونه تحکیم یابد این کار را به مدت ۲۴ ساعت باید انجام شود . با روشن شدن دستگاه نیروی افقی به نمونه اعمال می شود این دستگاه یک گیج تغییر مکان و یک گیج نیرو دارد این دو را قرائت کرده و یادداشت میکنیم.نمودار نیروی برشی در مقابل تغییر مکان افقی برای این نمونه را رسم کرده و مقاومت خاک را بدست می اوریم .در ادامه از همان خاک قبلی نمونه جدیدی تهیه و مقدار نیروی قائم را برای بار دوم افزایش میدهیم نمودار تنش برشی –تغییر مکان افقی مربوطه را رسم های بدست امده را یادداشت می نماییم و در اخر با رسم نمودار کرده و برای بار سوم نیز همین کار را انجام می دهیم.

میتوان چسبندگی و زاویه اصطکاک خاک را بدست اورد.
برای خاکهای ماسه ای از این ازمایش بدست می اید و (عرض از مبدا) ان صفر میباشد ولی برای خاکهای رسی پیش تحکیم یافته را خواهیم داشت.

آزمایش مقاومت فشاری تک محوری
هدف:
بدست اوردن پارامتهای برشی خاک به صورت تقریبی توسط ازمایش مقاومت فشاری تک محوری
وسایل مورد نیاز:
۱-رینگ نمونه برداری ۲-جک نمونه درار ۳-کوبیسم ۴-کاردک ۵-قالب نمونه ۶-نمونه کوب ۷ – ترازو ۸-قوطی تعین رطوبت ۹-دستگاه ازمایش مقاومت فشاری تک محوری ۱۰- دستگاه اون
شرح ازمایش:

این ازمایش مخصوص خاکهای چسبنده است و خوبی این ازمایش این است که میتوان ان را در همان محل ازمایش انجام داد.مقاومتی که خاکهای چسبنده دارند به نیروی وارده ذرات به هم بستگی دارد.نمونه هامی توانند دست خورده یا دست نخورده یا دست سازتهیه شوند. برای تهیه نمونه دست نخورده به محل مورد نظرمیرویم رینگ نمونه برداری را کاملا روغن کاری کرده تا نمونه هنگام خروج براحتی خارج شود. رینگ را روی زمین گذاشته و توسط نمونه کوب که به صورت سقوط ازاد به رینگ ضربه وارد میکند قالب را به داخل زمین فرو می بریم و با دو پیچگوشتی توسط دو سوراخ قسمت فوقانی ان را در می اوریم. رینگ نمونه را داخل جک نمونه درار قرار داده و قالب نمونه را نیز بالای جک قرار میدهیم پس از اعمال نیرو و وارد

شدن خاک به داخل نمونه در قسمتی که برای برش در بالای جک گذاشته شده با کاردک برشی ایجاد کرده قالب نمونه را برداشته و دو سر ان را با خاک اضافی که از رینگ باقی مانده پر و صاف میکنیم و از خاک اضافی مقداری را برای تعیین درصد رطوبت وزن کرده و داخل دستگاه اون میگذاریم. نمونه را از خاک جدا می کنیم وقطر طول ان را توسط کوبیسم اندازه مگیریم وسپس ان را داخل دستگاه ازمایش میگذاریم وا ن را روشن کرده و در تغییر مکان های مختلف نیرو را میخوانیم و در ۵ تغییر مکان های مختلف مقدار نیرو را قرائت و یادداشت میکنیم.
سطح تصحیح شده: چون با اعمال نیرو سطح خاک افزایش میابد بایستی سطح خاک طبق فرمول روبرو تصحیح شود:

اشکالات ازمایش:
۱-اثر فشار نیروهای جانبی خاکهای اطراف در زمین را حذف میکنیم
۲-تمرکز تنش به وجود امده در دو سر بالایی و پایینی نمونه ازمایش هنگام اعمال نیرو
۳-فشارهای منفذی درجه اشباع را در نظر نمی گیریم

 

آزمونهای آزمایشگاهی مناسب برای تعیین مقاومت تنش و تغییر فرم نسبی خاکها
تنش های موجود در زمین
اغلب تجزیه و تحلیل های مربوط به مهندسی ژئوتکنیک مجبور به تعیین موارد زیر می باشند:
۱- حالت تنش اولیه و تاریخچه تنش خاک پیش از فعالیت های ساختمانی
۲- تغییر شکل و استقامت خاکی ناشی از تغییرات موجود در تنش های اعمال شده به واسطه فعالیت های ساختمانی

تنش های اولیه
تنش های اولیه موجود در زمین که به آنها تنش های «درجا» نیز گفته می شود باید ابتدا بر اساس تأثیر آنها بر کنش غیر خطی خاک تعریف شوند. همانگونه که در شکل شماره ۱ مشاهده می شود برای وضعیت‌هایی که زمین به شکل افقی می باشد ، تنش های درجا به واسطه تنش عمودی مؤثر و تنش های افقی مؤثر نیز نامیده می شوند:
(۱)
در اینجا y میانگین کل وزن خاک موجود در عمق z و فشار آب در عمق z و نیز ضریب فشار جانبی زمین در حالت سکون می باشد. مقدار بستگی به خواص و ویژگیهای خاک و تاریخچه بارگیری آن دارد. تنش ایجاد شده توسط وزن خاکهای موجود بر فراز یک عمق داده شده ، تنش روبار نامیده می شود. همانگونه که در شکل شماره ۱ نشان داده شده است ، حالت تنش اولیه را می توان با عبارات و نشان داد. نقطهA بر روی خطی قرار گرفته است که از مبدأ گذشته و ضریب زاویه ای برابر دارد. مجموع تنش های عمودی و مجموع تنش های افقی متناظر با , برابرند با:
(۲)
تغییرات تنش اعمال شده توسط فعالیت های ساختمانی مطابق با اصول مهندسی همانگونه که در شکل شماره ۱ شرح داده شده ، انواع و اقسام فعالیتهای ساختمانی تغییرات تنشی مختلفی در خاک ایجاد کرده اند. برای تمامی این بارگیری ها ، تغییرات تقریبی در تنش های جامع و مؤثر را می توان در فواصل و مشاهده نمود. در نقطه حالت تنش مؤثر اولیه قبل از فعالیتهای ساختمانی را نشان می دهد. پاره خطهای و نیز به ترتیب نشانگر تغییر در تنش کل و تنش مؤثر حاصل از فعالیتهای ساختمانی می باشند. نقاط و دارای مشابه می باشند اما های آنها با این معادله در ارتباط است: