الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
البــاب الثامن فحوصــات نسبة تحمل كاليفورنيـا 8.1
مدخل
8.2
فحص نسبة تحمل كاليفورنيا – سي بي آر
البـاب الثامن
فحوصات نسبة تحمـل كاليفورنيــا )(California Bearing Ratio-CBR Test
8.1
مدخـل (( Introduction
يعتبر فحص نسبة تحمل كاليفورنيا واحدًا من الفحوصات الهامة التي تجري للتربة
في هندسة الطرق.
فحوصات التربة للرغراض النشائية
247
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
ويرمي هذا الفحص إلى معرفة قابلية التربة لن تكون طبقة أساس للطريق ) (Baseأو أساس مساعد ) (Sub-baseأو رغيرها من الطبقات التي تتكون منها أي طريق. وقد جاءت تسمية هذا الفحص نسبة إلى قسم الطرق في ولية كاليفورنيا المريكية ) ،(California Division of highwaysالذي كان أول من أطلق هذا الفحص سنة .1929 ويمكن تلخيص مبدأ هذا الفحص كما يلي: يتم رغرز أداة قياسية أسطوانية الشكل )مكبس( في التربة وبسرعة محددة ،ومن خلل العلقة بين قوة الغرز أو مقاومة الغرز وقيمة الغرز )المسافة( )Load-
(Penetration relationshipيمكن إيجاد قيمة نسبة تحمل كاليفورنيا ).(CBR وتّعرف قيمة نسبة تحمل كاليفورنيا ) (CBR-valueبأنها النسبة بين الحمال
اللزمة لغرز المكبس السطواني )مساحته 3انش مربع( مسافة معينة داخل عينة مدموكة من التربة لها رطوبة وكثافة معينتين ،وبين الحمال القياسية اللزمة لغرز المكبس لنفس العمق في عينة قياسية من الحجار المكسرة ) ،(Crushed stoneأي أن: الحمل الذي لزم لحداث قيمة الغرز نسبة تحمل كاليفورنيا =
الحمل القياسي لحداث هذا الغرز في عينة من مادة قياسية
وأما قيمة الحمال القياسية ) (Standard loadsلقيم الغرز المختلفة فهي موضحة في الجدول ) (1-8أدناه .
فحوصات التربة للرغراض النشائية
248
× 100%
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
وبممما أن قيمممة تحمممل كاليفورنيمما تلممزم للترب ة المدموكممة ،فممإن الفحممص فممي المختممبر يجري علممى عينمة التربة بعممد إيصممالها إلمى نسمبة الممدمك المطلوبة ،أي عنمدما تكمون لهمما كثافممة مشممابهة لكثافممة الترب ة المطلوبمة بعممد دمكهمما ،وكمذلك ،عنممد نفممس محتمموى الرطوبمة )محتمموى الرطوبمة المثممالي( .ولهممذا ،فممإن فحممص الممدمك لعينممة معينممة مممن التربم ة يس ممبق فح ممص نس ممبة تحم ممل كاليفورني مما له مما ،لن ممه يعط ممي محت مموى الرطوبممة المث ممالي) (Optimum moisture contentوالكثاف ممة الجاف ممة القص مموى)Maximum
(dry densityللتربة. ويتم تحضير العينات لفحص نسبة تحمل كاليفورنيا داخل قوالب معدنيممة أسممطوانية شممبيهة بتلممك الممتي يجممري فيهمما تحضممير العينممات لفحممص الممدمك )مقاسممات القممالب حسب مواصفات الجمعية المريكية للطرق AASHTOهي قطر مسماو ل م 6انمش وارتفاع 7انممش( ،ويمكمن اسممتعمال القموالب المسمتعملة فمي فحممص الممدمك لتحضممير عين ممة فح ممص نس ممبة تحم ممل كاليفورني مما ،وذل ممك ب ممدمك التربم ة حس ممب ع ممدد الطبق ممات والضم مربات وباس ممتعمال المط ممارق المختلف ممة كم مما ه ممو موضممح ف ممي الج ممدول )(2-8 أدناه. جدول ) (1-8العلةقة بين الحمال القياسية وةقيم الغرز في فحص نسبة تحمل كاليفورنيا الغرز ملمتر
الحمل انش
2 2.5
باوند
)باوند/انش مربع(
كيلو باسكال
11.50 )(0.1
4 5
كيلونيوتن
الجهاد
13.24
)(3000
)(1000
6895
17.60 )(0.2
6
فحوصات التربة للرغراض النشائية
19.96
)(4500
22.20
249
)(1500
10324
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
8
26.30
10
30.30
12
33.50
جدول ) (2-8طرق تحضير العينات لفحص نسبة تحمل كاليفورنيا المطرةقة
نـــوع الــدمــك -1الدمك القياسي حسب المواصفات البريطانية
عدد
عدد
المستعملة
الطبقات
الضربات
2.5كغم
3
62
)(BS 1377- Test No. 12 -2الدمك المعّد لم حسب المواصفات البريطانية
4.5كغم
5
62
)(BS 1377- Test No. 13
-3الدمك القياسي حسب المواصفات المريكية
5.5باوند
3
56
)(AASHTO T-90) (ASTM D-698 -4الدمك المعّد لم حسب المواصفات المريكية
10.0باوند
5
56
)(AASHTO T-180) (ASTM D-1557
ونشممير هنمما ،إلممى أنممه وبعممد تحضممير عينممات التربة داخممل القموالب يجممري رغمرها فممي الممماء ) (Soakingلمممدة 96سمماعة حسممب مواصممفات ) (AASHTOوذلممك للترب ة الممتي تحتمموي نسممبة مممن الطيممن ،بينممما مممن الممكممن أن تقتصممر هممذه الفممترة علممى 24 سمماعة للترب ة الحصمموية الممتي يرش ح منهمما الممماء بشممكل أسممرع .ويجممري أثنمماء الغمممر قياس قابلية العينمة للنتفمماخ ) ،(Swellingحيمث يمكممن إيجماد نسممبة النتفماخ للعينمة في قالب ) (AASHTOالقياسي من العلقة: نسبة النتفاخ =
فحوصات التربة للرغراض النشائية
التغيير في الطول )انش( خلل الغمر 4.584انش
250
× 100%
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
ويقتصممر رغمممر العينممات فممي الممماء علممى المواصممفات المريكيممة لهممذا الفحممص ،فيممما تخلو المواصفات البريطانية من هذه الخطوة. كم مما نش ممير ك ممذلك ،إل ممى أن ممه يت ممم أحيانم مًا تحض ممير ثلث ممة قم موالب م ممن العين ممة الواح ممدة
ضم م رةم باس ممتعمال جه ممد دم ممك مختل ممف لك ممل منه مما ،لد ارس ممة س مملوكها عن ممد كثاف ممات مح ّ
مختلفممة ،بحيممث تممدمك الق موالب علممى طبقممات كممما هممو فممي الجممدول ) ،(2-8ولكممن
باستعمال عدد ) (10ضربات لكمل طبقممة لحمد القموالب ،و) (30ضمربة لكممل طبقمة للقممالب الثمماني و) (65ض مربة لكممل طبقممة للقممالب الثممالث .ويمكممن بعممد إيجمماد نسممبة كاليفورنيمما لكممل قممالب رسم علقممة بيممن الكثافممة الجافممة وقيمممة نسممبة تحمممل كاليفورنيمما للعينة الموجودة فيه كما هو موضح في الشكل ) (1-8أدناه. 80 70
65ضبرتتةتتت
60 40
10ضرباتتتت
30 20 10 0 2.25
2.2
2.15
2.1
2.05
2
1.95
1.9
1.85
ا ملم مكثا م ممفة ام ملم اجفممة )رغم مم/سم مم(3
شكل ) – (1-8مثال للعلقة بين الكثافة الجافة للتربة ونسبة تحمل كاليفورنيا
وأخي ًرا ،نشير إلى القيمة العملية لهذا الفحص ،فهو:
فحوصات التربة للرغراض النشائية
251
1.8
سي بمي آمر م )(%
30ضربتةتتت
50
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
)ُ (1يسمماعد فممي الحكممم علممى قابليممة عمممل طبقممة الترب ة كطبقممة أسمماس أو أسمماس مساعد في الطريق ،والجدول ) (3-8من المرجع /8/يوضح ذلك.
)ُ (2يسمماعد فممي تصممميم ُس م ممك رص فة الطري ق ) ،(Pavement thicknessوتوج د
لهذا الغرض منحنيات خاصة .ونورد هنمما علممى سممبيل المثممال منحنيممات سممل ح المهندسممين المريكممي) (Corps of Engineersللعلقممة بيممن قيمممة نسممبة تحمممل كاليفورني مما وُس م ممك رصم فة الطريم ق )ش ممكل ،(2-8والمنحني ممات مقتبس ممة م ممن
المرجع ./19/
جدول ) (3-8تقييم نتائج فحص نسبة تحمل كاليفورنيا ةقيمة نسبة تحمل
كاليفورنيا
تصنيف التربة التقدير
الستعمال
حسب النظام
)(% 0-3
ضعيف
طبقة التأسيس )
جدًا
(Subgrade
ضعيف 3-7
إلى
7-20
20-50
جيد
OH,CH, MH,OL
A5, A6, A7
طبقة التأسيس
OH,CH, MH,OL
أساس مساعد )
OH, CL, ML, SC, SM, SP
A2, A4, A6, A7
GM, GC, SW, SM, SP, GP
A-1-b, A-2-5, A3, A-2-6
(Sub-base أساس )(Base course أساس مساعد
فحوصات التربة للرغراض النشائية
الموحد )(USCS
(AASHTO
A4, A5, A6, A7
معتدل معتدل
حسب نظام )
252
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
>50
أساس
ممتاز
GW, GM
A-1-a, A-2-4, A4
وفممي الجمممدول التمممالي ) (4-8نمممورد قيمممم نسمممبة تحممممل كاليفورنيممما لطبقمممات الطمممرق المختلفممة حسممب متطلبممات مواصممفات أعمممال الطممرق فممي فلسممطين والردن ،حيممث يغلممب اسممتعمال نواتممج الكسممارات مممن الحجممر الكلسممي الطممري إلممى متوسط القسمماوة ) (Soft to medium hard limestoneفي طبقات الساس والساس المساعد.
جدول ) (4-8المواصفات المطلوبة لنسبة تحمل كاليفورنيا لطبقات الطرق في فلسطين والردن
نسبة كاليفورنيا )(%
الطبقة
8حدًا أدنى
طبقة التأسيس )(Subgrade
40حدًا أدنى
أساس مساعد ) (Sub-base course أساس )(Base course
فحوصات التربة للرغراض النشائية
80حدًا أدنى
253
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
شكل ) - (2-8العلقة بين قيمة نسبة تحمل كاليفورنيا وُس ممك رصفة الطريق حسب سل ح المهندسين المريكي
فحـص نسبة تحمـل كاليفورنيـا – سي بي آر
8.2
)(California Bearing Ratio-CBR Test ) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS 1377 ASTM D – 1883 AASHTO T-193 ملحظة :سيرتكز عرضنا لهذا الفحص على المواصفات المريكية.
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment -1قوالب سي بي آر ).(CBR moulds ل من قطر القالب. -2قرص معدني ُم بماعد ) (Spacer discقطره أصغر قلي ً وفي حالة استعمال القوالب ذات القطر 7انش ،يكون القرص المباعد ذا
ارتفاع 2.416انش للحصول على عينة داخل القالب ارتفاعها 4.584 انش. -3مطرقة ) (Rammerلدمك التربة )أنظر جدول .(2-8 -4
أدوات لقياس انتفاخ التربة ،وتتكون من ثلثي قوائم ) (Tripodمعدني يرتكز إليه عداد مدرج ) (Dial gaugeلقياس التشوه ،وقاعدة مخّر ممةمعدنية ) .(Perforated plate
-5أوزان مؤلفة من حلقات معدنية مثقوبة من الوسط مجموع أوزانها حوالي 4.54كيلو رغرامًا ،وحلقات مثقوبة من الوسط ومفتوحة من الجانب وزن كل
واحدة حوالي 2.27كيلورغرامًا. فحوصات التربة للرغراض النشائية
254
-
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
-6عمود أو مكبس اختراق ) (Penetration pistonقطره 49.63ملمت ًار
وطوله 101.6ملمت ًار على القل )مساحة مقطع المكبس= 1935ملمت ًار
مربعًا(.
-7هيكل تحميل ) (Loading frameخاص بقدرة ل تقل عن 44.5كيلو
نيوتن ،وله رأس متحرك أو قاعدة متحركة بسرعة منتظمة مقدارها 1.27
ملمت ًار الدقيقة.
-8وعاء رغمر ) (Soaking tankله ارتفاع كاف للمحافظة على منسوب الماء حوالي 1انش فوق سطح القوالب عند رغمرها. -9فرن تجفيف ).(Drying oven
-10أدوات مختلفة مثل السكاكين وورق الترشيح والموازين ورغيرها.
) (3الطريقة ):(Procedure -1تحض ممر العين ممة كم مما ه ممو م ممذكور ف ممي طريق ممة ال ممدمك القياس ممي أو المع ممدل وتدمك في القالب على طبقات كما هو موضح فمي الجمدول ) .(2-8إواذا كانت المادة تمر من المنخل 4/3انش )20ملمت ًرا( تدمك العينة كما هي دون تعديل ،إواذا تبقى جزء منها على المنخل 4/3انش يتم استبدال هذا
الجزء بكمية مساوية تمر من منخل 4/3انش وتتبقى على منخممل رقم 4 ) 4.75ملمتر(.
-2يتممم تحديممد محتمموى الرطوبممة المثممالي )(Optimum moisture content للعين ممة )إذا ل ممم يك ممن معروف م ًا( بطريق ممة ال ممدمك القياس ممي أو المع ممدل حس ممب المطلوب.
-3إذا ك ممان المطل مموب تحدي ممد نس ممبة تحم ممل كاليفورني مما ) (CBRعن ممد أقص ممى كثافممة جافممة ) (Maximum dry densityومحتمموى الرطوبمة المثممالي ،يتممم فحوصات التربة للرغراض النشائية
255
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
دمك العينمات فمي القمالب عنمد محتموى الرطوبة المثمالي وباسمتعمال طريقمة ال ممدمك القياس ممي أو المع ممدل .إواذا ك ممان المطل مموب ه ممو تحدي ممد CBRعن ممد
محتوى الرطوبة المثالي ونسمبة مئوية معينمة ممن الكثافمة الجافمة القصموى، يتممم دمممك ثلث عينممات عنمد محتمموى الرطوبة المثممالي ممع اسممتعمال طريقمة ال ممدمك القياس ممي ،وتغي ممر الضم مربات لك ممل عين ممة ح ممتى يت ممم الحص ممول عل ممى ل ،إذا أردنمما نسممبة تحمممل كاليفورنيمما )(CBR الكثافممة الجافممة المطلوبة .فمث ً
لتربة مدموكة إلى %90من كثافتهما الجافمة القصموى ،نسمتعمل عمددًا ممن الضربات مقداره 65 ،30 ،10ضربة لكل طبقة للعينات الولى والثانيمة والثالثة على التوالي ،ويتم تحديد ) (CBRلكل عينة على حدة. -4إذا كممان المطلمموب هممو تحديممد ) (CBRعنممد عممدة محتويممات للرطوبممة يتممم تحضير عينات عنمد محتويات رطوبة مختلفممة كمالتي تجممري لرسم منحنممى العلقة بين محتوى الرطوبة والكثافة الجافة ،ويتممم رسم المنحنممى ،كممما يتممم إجراء فحص الختراق لتحديد ) (CBRلكل عينة .بالضافة إلى ذلممك يتممم رسم العلقة بين بين محتوى الرطوبة والكثافممة لعينممات محضمرة علممى 30 ضربة ،وعينات على 10ضربات ،ويتمم إجمراء فحمص الخمتراق وتحديمد ) (CBRلكل عينة. -5يت ممم تجمي ممع الق ممالب م ممع القاع ممدة ،كم مما ي ممدخل الق ممرص المباع ممد )Spacer
(discفوق القاعدة ،ثم توضع ورقة ترشيح فوق القرص وتدمك العينة فممي القممالب فمموق ورق ة الترش يح .بعممد الممدمك يتممم رف ع رغطمماء القممالب )(Collar وتسوية سطح العينة مع حواف القالب باستعمال الحرف الحمماد )Straight
،(edgeثممم يتممم ملممء الف اررغممات الكممبيرة الناتجممة عممن خممروج الحجممار أثنمماء تسوية السطح بمواد أصغر. -6يتم فك قاعدة القالب والقرص المباعد وتوزن العينة مع القالب. فحوصات التربة للرغراض النشائية
256
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
-7توضع ورقة ترشيح على القاعدة ويوضع القالب مقلوبًا مع العينة عليهمما، ويثبت القالب بالقاعدة بحيث تلمس العينة ورقة الترشيح.
-8توضع الوزان فمموق القممرص المثقممب )القاعممدة المخرمة المعدنيممة( وتنممزل برفم ق ف مموق العين ممة .وتوضممع مجموعم ة أوزان بحي ممث تك ممون معادل ممة ل مموزن الرصفة ول يقل وزنها عن 10باوند )4.54كغم( حتى ولو لمم يكمن هنماك رصفة. -9بعممد دمممك كممل قممالب ،يتممم رغم مره بالممماء مممع السممما ح للممماء بالوصمول إلممى سطح العينة وأسفلها ،وتؤخذ قياسات أولية للنتفمماخ ،وتترك العينممة لمممدة ) (96سمماعة مممع بقمماء سممطح الممماء ثابت مًا )ح موالي انممش واحممد فمموق سممطح
القالب( .ويمكن أن تقتصر فترة الغمممر علممى 24سمماعة للممواد الخشممنة أو
إذا تممبّين أن هممذا لممن يممؤثر علممى نتائممج الفحممص .وبعممد انتهمماء فممترة الغمممر تؤخذ قمراءات النتفمماخ ثانيممة وتؤخذ النسممبة المئوية للنتفمماخ كنسممبة مئوية
من الرتفاع الصلي للعينة. -10تخرج العينة بعد الغمر وتترك مدة ) (15دقيقة دون إحداث اضطراب للعينة ،ويمكن إمالة القالب لتصريف ماء السطح. -11ترفع الوزان والقاعدة وورقة الترشيح ويؤخذ وزن القالب والعينة. -12بعد وزن العينة ،توضع الوزان ثانية فوقها تمهيدًا لفحص الختراق ويتم وضع نفس الوزان التي كانت فوق العينة أثناء رغمرها بالماء.
ولمنع خروج التربة من فتحة الوزان أثناء الختراق ،يوضع الوزن على سطح العينة قبل وضع مكبس الختراق ثم توضع بقية الوزان. -13يتم التأثير بحمل صغير على العينة )بواسطة مكبس الختراق( ل يزيد عن ) (44نيوتن .بعدها يتم تصفير عدادات قراءة الحمل فحوصات التربة للرغراض النشائية
257
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
والختراق .ويتم اعتبار هذا الحمل صف ًار عند إيجاد علقة الحمل
والختراق.
-14يتم التأثير بالحمال بحيث تكون سرعة التحميل )الختراق( 1.27ملمت ًار في الدقيقة ،ونسجل الحمال عند اختراق )(0.64
)(10.16) (7.62) (5.08) (4.45) (3.81) (3.18) (1.29 ) (12.7ملمتر. -15بعد الختراق ،يتم إخراج العينة من القالب ،وتؤخذ عينة على عمق انش واحد ويتم تحديد محتوى رطوبتها. ) (4الحسابات ): (Calculations .1يحسممب الجهمماد لكممل نقطممة اخممتراق وُيرسم منحنممى الجهمماد والخممتراق ) .(Load- Penetration curveإذا كممانت بدايممة المنحنممى مقعمرة للعلممى
نتيج ممة ع ممدم اس ممتواء س ممطح العين ممة ،يت ممم عم ممل تص ممحيح )(Correction للمنحنى بعمل امتداد للجمزء المسمتقيم ليلقمي محمور السمينات فمي نقطمة يتم اعتبارها نقطة الصفر. .2بعم ممد التصم ممحيح يتم ممم إيجم مماد الجهم ممادات المقابلم ممة لقيم ممم الخم ممتراق )(2.5 ملم ممت ًار و ) (50ملم ممت ًرا ،ويقس ممم ذل ممك الجه مماد عل ممى الحم ممال القياس ممية المقابلة لقيم الختراق هذه )أنظر جدول ،(1-8وتكون هذه النتائج هي
نسممبة تحممل كاليفورنيما .وتكمون النسمبة علمى الحممل القمل همي المعتممدة وتكممون عممادة هممي العلممى .ولكممن إذا وجد أن الثانيممة )أي عنممد الخممتراق الكممبر والحمممل الكممبر( قيمتهمما أكممبر تتممم إعممادة الفحممص ،فممإذا تأكممد أن النسم ممبة علم ممى الخم ممتراق العلم ممى أكم ممبر مم ممن تلم ممك المحسم مموبة للخم ممتراق الصغر تؤخذ القيمة الكبر. فحوصات التربة للرغراض النشائية
258
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
ل لحسم م ممابات ونتائم م ممج فحم م ممص نسم م ممبة تحمم م ممل وي م ممبين النمم م مموذج ) (1-8مثم م مما ً
كاليفورنيا.
نموذج )(1-8 ةقالب رةقم )(1
ةقالب رةقم )(2
الختراق
جهد الختراق
جهد الختراق
)كيلو باسكال(
)كيلو باسكال(
0.00
0.00
0.00
0.5
293
97
1.0
452
167
1.5
552
229
2.0
651
282
2.5
737
332
3.0
813
384
)مم(
فحوصات التربة للرغراض النشائية
259
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
4.0
883
437
5.0
1020
531
6.0
1140
600
7.5
1260
731
9.0
1450
804
10.0
1541
860
12.5
1863
974
محتوى الرطوبة
14.9
(%) 21.5
الكثافة الرطبة
1.992
2.00
الكثافة الجافة
1.734
) 1.647رغم/سم (3
)رغم/سم (3
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
ا ملم ممخترام م م ق)ممم( قاتتتلب()2
قاتتتلب()1
شكل ) (3-8منحنى العلقة بين الجهاد والختراق من نتائج النموذج )(1-8 فحوصات التربة للرغراض النشائية
260
0
ا مل م ممحمممل(كمميلم مو م باممسكال)
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
الباب الثامن – فحوصات نسبة تحمل كاليفورنيا ___________________________________________________________________
ملخص النتائج من المنحنى أعل ه الحمل عند اختراق مقدار ه:
رةقم القالب
سي بي آر عند اختراق 5.0
سي بي آر عند اختراق 2.5
ملم=
ملم=
2.5
5.0
ملم
ملم
الجهد عند اختراق 2.5ملم ÷ الجهد القياسي عند اختراق 2.5ملم 6895كيلو باسكال
الجهد عند اختراق 5.0ملم ÷ الجهدالقياسي عند اختراق 5.0ملم
– جدول x 100% (1-8
) 10324كيلو باسكال-جدول -8 % x 100 (1
1
737
1020
11
10
2
332
531
5
5
ُتعتمد قيمة سي بي آر = 11للقالب ) (1و = 5للقالب ).(2
فحوصات التربة للرغراض النشائية
261