الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
البــاب الرابع فحوصات القـص للتربــــة 4-1مدخـل 4-2فحص القص المباشر للتربة
4-3فحص الضنضغاط والقص يثليثي المحاور 4-4فحص الضنضغاط اللمحصور للتربة
البــاب الرابـع
فحوصـات القـص للتربـــة )(Soil Shear Tests
4.1
مدخــل )(Introduction
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
165
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
أشْر ضنــافي الباب اليثاضني من هذا الكتاب الى فحوصات القّو ة للتربة ،والى أن
المقصود بها هو تلك الفحوصات التي يتم من خللها ايجاد القيم والمعاملت التي
تساعد في دراسة قو ة التربة ومقاومتها للقوى والحمال الخارجية .وأشهر هذه الفحوصات ،الشكال المختلفة لفحوصات القص ،وهي فحص القص المباشر ) ،(Direct shear testوالقص يثليثي المحاور ) ،(Triaxial testوالضنضغاط اللمحصور ) ،(Unconfined compressionوفحص التضارغط المحوري )One-
،(dimensional consolidationوالختراق ) (Penetrationوفحص ضنسبة تحمل كاليفورضنيا ) (California Bearing Ratioالذي يشتهر باسمه المختصر سي بي آر ) .(C.B.Rومن هذه الفحوصات ما هو مخبري ،ومضنها ما هو حقلي .وضنظ اًر
لهمية هذه الفحوصات ،فقد رأيضنا عرض الفحوصات المخبرية في أبواب مضنفصلة، فيما تتم مضناقشة الفحوصات الحقلية في باب يخصص لذلك .أم هذا الباب فهو مخصص للفحوصات المخبرية للقص. مقاومة التربة للقص ) :(Shear strength of soilمن المعروف أن أساس المبضنى أو المضنشأ يقوم بعملية ضنقل وتوصيل الحمال الى التربة التي يرتكز اليها .ويؤدي تأيثير هذه الحمال الى ظهور اجهادات ) (Stressesفي التربة تضنتج عضنها تشوهات ) .(Deformationsوتكون هذه التشوهات إما مرضنة ) (Elasticلحبيبات التربة ،أو حجمية ضنتيجة لخروج الماء من الفرارغات ،ويضنتج عضنها تغّير في حجم التربة ) (Volume changeوهي ظاهر ة التضارغط ) (Consolidationالتي سضنتضناول
تفاصيلها في الباب الخامس .وأما الشكل اليثالث للتشوهات التي يمكن أن تظهر في التربة تحت تأيثير الحمل الخارجي ،فهو اضنزلق حبيبات التربة الواحد ة فوق الخرى ) ،(Slippage of soil particlesوالذي قد يؤدي الى اضنزلق كتلة ترابية فوق أخرى ،مما يعضني الضنهيار ) ،(Failureوهذا الشكل من التشوهات هو ما
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
166
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
يعرف بالقص ) .(Shearوحتى تتوضح صور ة هذه الظاهر ة والظروف التي تحصل خللها ،ضنورد مسلسل التحميل التالي: ل خارجيًا متصاعدًا تدريجيًا يؤيثر على سطح التربة من خلل لضنفرض أن ِح مـ ً
مكبس صلب ) (Rigid stampمع مراقبة الهبوط العمودي للتربة أيثضناء عملية
التحميل .ولضنفرض أن أول حمل كان ) (P1والهبوط الضناتج عضنه ) ،(S1والحمل اليثاضني كان ) (P2والهبوط الضناتج عضنه ) ،(S2وهكذا ،حسب المضنحضنى )(P→S الموضح في الشكل ).(1-4 إن تحميل التربة حتى حد معين يضنتج عضنه تراص حبيباتها تحت تأيثير الحمل على حساب الفرارغات بين هذه الحبيبات ،أي أن التربة تضندمك بتقارب حبيباتها من بعضها البعض ،وبالتالي تتحسن خصائصها ،وتدعى هذه المرحلة من مراحل التحميل بمرحلة الضنضغاط أو الدمك ) ،(Compaction phaseويميثل ضنهايتها على المضنحضنى الحمل ) (P2والهبوط الضناتج عضنه ) .(S2وتضنتهي هذه المرحلة عضند تلشي الفرارغات في تركيب التربة ،وضنظريًا ،وحسب العاِلم الروسي ضنيكولي رغيرسيفاضنوف ) ،(N.Gersevanovفإن العلقة بين الحمل والهبوط في هذه المرحلة يمكن
اعتبارها علقة خطية ) ،(Linearوبالتالي يمكن استعمال القواضنين والشتقاقات الضناتجة من ضنظرية المروضنة ) (Theory of elasticityلدراسة التربة في هذه المرحلة .وهذه الفرضية هي الساس الضنظري الكيثر شهر ة في ميكاضنيكا التربة، وهي صالحة طالما أن الحمل المؤيثر على التربة ضمن ضنطاق المرحلة الولى للتحميل ،مرحلة الضنضغاط أو
الدمك.
ولكن ،ما الذي يحصل لو تمت زياد ة الحمل المؤيثر على التربة بعد تلشي الفرارغات بين حبيباتها ؟ إن الذي يحصل هو أن الحبيبات تبدأ بالضنزلق الواحد ة فوق الخرى ،أي تبدأ مرحلة القص ) .(Shear phaseوتكون العلقة بين الحمل والهبوط في هذه فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
167
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
المرحلة رغير خطية ) ،(Non-linearودراسة التربة خللها تتبع ضنظريات خاصة، حتى أن فرعًا خاصًا في ميكاضنيكا التربة قد بدأ بالستقلل بذاته وهو فرع "ميكاضنيكا التربة رغير الخطية" ).(Non-linear soil mechanics
وقد أظهرت تجارب عملية أجراها العالم الروسي فلديمير بيريزاضنتسيف )V.
(Berezantsevأن ضنوا ة متراصة ) (Compacted coreتتشكل في ضنهاية مرحلة الضنضغاط وبداية مرحلة القص )شكل (2-4ويضنتهي تشكلها عضند بلوغ التربة قدر ة تحملها القصوى )عضند الحمل P3على الشكل ،(1-4وأي زياد ة في الحمل بعد ل على أن التربة بدأت في ذلك تؤدي الى ظهور اسطح اضنزلق متصلة تكون دلي ً فقدان يثباتها ) ،(Loss of stabilityوهو بداية مرحلة التحميل اليثاليثة ،وتسمى
مرحلة الضنهيار ).(Failure phase ولدراسة مقاومة التربة للقص ،يتم اجراء أحد فحوصات القص في المختبر ،وذلــك لتحديد المركبين الرئيسيين لهذه المقاومة ،وهما:
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
168
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) (1-4العلقة بين الحمل الخارجي والهبوط )مراحل تحميل التربة(
-1
التماسك بين الحبيبات وتعّبر عضنه قو ة التماسك ) (Cohesionوُيرمز لها
-2
الحتكاك بين الحبيبات الصلبة للتربة ،وتعّبر عضنه زاوية الحتكاك الداخلي
بالحرف )(C
) (Angle of internal frictionوُيرمز لها بالحرف اللتيضني ).(φ
وقد كان العالم الفرضنسي كولوم ) (Columbأول من ربط بين زاوية الحتكاك والتماسك بين الحبيبات ،وذلك سضنة 1773في معادلته:
(4-1) τ = C + σtan φ
حيث : - τمقاومة التربة للقص
-Cقو ة التماسك بين الحبيبات -σاجمالي الجهاد العمودي عضند مستوى القص -φزاوية الحتكاك الداخلي. ويمكن كتابة المعادلة ) (1-4باستعمال قيم الجهاد الفّعال ):(Effective stress حيث:
τ′ = C′ + σ′ tan φ′
)(4-2
- C′,φ′قو ة التماسك وزاوية الحتكاك الداخلي مضنسوبة الى الجهاد الفعال - σ′الجهاد الفعال العمودي ):(Normal effective stress :حيث
σ′ = σ - u
- uضغط الماء المسامي ).(Pore-water pressure فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
169
)(4-3
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
ويبين الشكل ) (3-4التميثيل البياضني لمعادلة كولوم. وأما الفحوصات المخبرية التي تؤدي الى ايجاد معاملت القص فهي: -1
فحص القص المباشر ) (Direct shear testويتم اجراؤه داخل ما يسمى بـ صضندوق القص ) ،(Shear boxحيث ُتؤخذ يثلث عيضنات متشابهة ،ويتم تعريض كل عيضنة لحمٍل عمودي مختلف ) ،(σ1,σ2,σ3وبعدها يتم تعريض كل عيضنة لقو ة قص أفقية ) ،(τ3، 2،1وتكون ضنتيجة الفحص رسم المضنحضنى )σ
) (→τشكل ،(4-4ومضنه يتم ايجاد قيم زاوية الحتكاك الداخلي )(φ والتماسك ) (Cكما هو مبين.
ص ةـالتي تتشكل بعد مرحلة الضنضغاط شكل ) (2-4الضنوا ة المت ار ّ
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
170
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) (3-4التميثيل البياضني لمعادلة كولوم ليجاد مقاومة القص ملحظة :معروف أن التربة الطيضنية فيها تماسك أقوى بين حبيباتها ) (Cواحتكاك داخلي أقل )
،(φوالتربة الرملية والحصوية فيها احتكاك أقوى بين الحبيبات وتماسك أقل .وفي الظروف
الميثالية للتربة الطيضنية المتماسكة تكون ) ،(φ=0وللتربة الرملية والحصوية ) ،(C=0ولهذا يكون الخط المميثل لمعادلة كولوم ) (1-4موازيًا لمور السيضنات في حالة الطين )شكل 5-4أ(،
ومضنطلقًا من الصفر في حالة الرمل )شكل 5-4ب(. -2
فحص القص يثليثي المحاور )) – Triaxial shear testويتم فيه تعريض يثلث عيضنات اسطواضنية الشكل )طولها ضعف قطرها( الى ضغط من كل الجهات داخل وعاء اسطواضني محكم يسمى خلية ) ،(Cellوذلك من خلل ضخ ماء داخل الخلية ليحيط بالعيضنة التي تكون محفوظة داخل رغشاء مطاطي ) ،(Rubber membraneويكون هذا الضغط يثابتًا ويرمز له ).(σ3 بعد ذلك ،ومع وجود الضغط اليثابت ) (σ3حول العيضنة ،يتم التأيثير بحمٍل
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
171
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
عمودي خارجي متصاعد تدريجيًا حتى اضنهيار العيضنة .ويبين الشكل )(6-4
مبدأ القص يثليثي المحاور ./7/
ويتم في ضنهاية هذا الفحص رسم المضنحضنى ) (σ→τالموضح في الشكل )،(7-4
ت قيم وذلك برسم دوائر مور ) (Mohr circlesلكل عيضنة .ميث ً ل للعيضنة الولى تُيثَّب ْ الضغط ) (σ3و )(σ1على المحور الفقي ) (σومن مضنتصف المسافة )(σ1 - σ3 ُيرسم ضنصف الدائر ة الول ،وهكذا .وبعد رسم دوائر مور ،يتم توصيل مماس بيضنها
كما هو في الشكل ) (7-4يكون هو المميثل لمعادلة الخط المستقيم {معادلة كولوم ).}(104
شكل ) (4-4التميثيل البياضني لضنتائج فحص القص المباشر
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
172
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) -(5-4تميثيل معادلة كولوم بياضنيًا: )أ( في حالة )(φ=0
)ب( في حالة )(C=0
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
173
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) (6-4مبدأ القص يثليثي المحاور
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
174
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) (7-4مضنحضنى ضنتائج فحص القص يثليثي المحاور
وضنشير هضنا الى تعدد طرق اجراء الفحص في الجهاز يثليثي المحــاور ،أمــا الشــكال اليثليثة الرئيسية للفحص فهي: صـ ّر ـفـة)Unconsolidated- أ – الفحص على عيضنة رغير متضارغطة-رغير ُم َ
(Undrained UUوفيه يتم تعريض العيضنة داخل خلية الجهاز لضغط من كل
الجواضنب ) ،(σ3يثم يتم التأيثير بالضغط الخارجي ) (σ1 - σ3فو ًار دون السماح
بحصول تصريف للمياه ) (Drainageمن العيضنة. -3
صـ ّر ـفـة)Consolidated-Undrained الفحص على عيضنة متضارغطة-رغير ُم َ
(CUوفيه يتم السماح بحصول التصريف في العيضنة أيثضناء تعرضها للحمل من كل الجواضنب ) ،(σ3الذي يستمر تأيثيره على العيضنة حتى إتمام تضارغطها. بعدها يتم التأيثير بالضغط الخارجي ) (σ1 - σ3دون السماح بحدوث التصريف. -4
صـ ّرـفـة)(Consolidated-Drained CD الفحص على عيضنة متضارغطةُ-م َ
وفيه يتم السماح بحصول التصريف من العيضنة أيثضناء تعريضها للحمل من كل الجواضنب ) ،(σ3وكذلك أيثضناء تعريض العيضنة للضغط الخارجي ) (σ1 - σ3بعد اضنتهاء تضارغطها. -3
فحص الضنضغاط اللمحصور ) (Unconfined compression testويتم خلله تعريض عيضنة اسطواضنية الشكل )طولها ضعف قطرها( لضغط محوري بشكل متصاعد تدريجيًا حتى اضنهيار العيضنة .وحسب الشكل ) ،(6-4وحيث
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
175
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
أن الضغط ) ،(σ3 =0فإن الضغط الذي يحدث عضنده الضنهيار ،ويرمز له بـ ) (quيكون مساويًا ):(σ1
qu = σ1
ويكون الخط الذي يميثل معادلة كولوم موازيًا للمحور الفقي ) ،(σومن الشكل )
(8-4ضنستضنتج أن:
qu 2
= (4-4) C
أي أن قو ة التماسك بين حبيبات التربة )الطيضنية( هــي ضنصــف قيمــة مقاومة الضــغط اللمحصور لها.
شكل ) (8-4التميثيل البياضني لفحص مقاومة الضنضغاط اللمحصور
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
176
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
وضنشير أخي ًرا ،الى أن فحص القص المباشر للتربة كان مضنتش ًار بشكل واسع ،إل أن
التقدم الذي ط أر على علم ميكاضنيكا التربة قد أدى الى تراجع شعبية هذا الفحص، وذلك للسباب التي يلخصها ج .بولز ) (J. Bowlesكما يلي : /8/ -1تغّير مساحة العيضنة ايثضناء الفحص،
-2سطح الضنهيار الحقيقي ليس مستويًا كما كان التصور عضند تصميم صضندو
القص ،واجهاد القص ل يتوزع بشكل مضنتظم على سطح الضنهيار كما كان
ُم فـتَر ضـًا
-3العيضنات المستعملة في الفحص صغير ة البعاد مما يزيد من ضنسبة حصول الخطاء عضند تحضيرها، -4الحجم المحدود للعيضنة يحول دون القيام بدراسات تفصيلية لضغط الماء المسامي ) (Pore-water pressureأيثضناء الفحص،
-5ل يمكن ايجاد قيم معامل المروضنة ) (Modulus of elasticityومعامل بواسون ) (Poisson’s ratioمن هذا الفحص، -6تطوير جهاز المحاور اليثليثة ).(Triaxial apparatus إل أن اضنتشار هذا الفحص قد عاد مر ة أخرى للسباب التالية ،كما يوردها ج.بولز ضنفسه: -1
وجود صعوبة ضنسبية في اجراء وتفسير ضنتائج فحص القص يثليثي المحاور، وخصوصًا عضند قياس ضغط الماء المسامي،
-2
ل لعمل فحص القص السريع بعد ل يأخذ حجم العيضنة المستعملة وقتًا طوي ً
التضارغط ) ،(Consolidated-Undrained CUوتجربة القص البطيء بعد التضارغط ) ،(Consolidated-Drained CDلن الزمن اللزم لتصريف المياه قليل ضنسبيًا ،حتى بالضنسبة للمواد ذات معامل الضنفاذية القليل،
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
177
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
-3
إدخال صضندوق القص المربع الشكل الذي ُيَم ّكـنـ من أخذ تقليل مساحة العيضنة
-4
جهاز القص المباشر مضناسب أكيثر لجهز ة القراء ة اللكتروضنية ،مما ل يتطلب
عضند الفحص بعين العتبار،
-5
بقاء الفاحص الى جاضنب الجهاز أيثضناء الفحص، التقارب الموجود بين قيم ) (Cو ) (φالضناتجة من فحص القص المباشر وتلك الضناتجة من فحص القص يثليثي المحاور. 4.2
فحص القص المباشر للتربــة )(Direct Shear Test of Soil
) (1المراجع القياسية ):(Standard references ASTM D-3080.
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment صضندوق القص المباشر ) (Direct shear boxويبين الشكل ) (9-4اجزاء هذا الجهاز. ) (3الطريقة ):(Procedure أوًل – فحص التربة غير المتماسكة )الرملية والحصوية(:
-1يوزن وعاء فيه الرمل الجاف المراد فحصه بحيث تكون الكمية كافية لتحضير يثلث عيضنات متشابهة في الوزن والكيثافة، -2يتم إدخال برارغي الفصل من الضنصف العلوي لصضندوق القص لربط ضنصفي الصضندوق،
ُ -3تؤخذ قياسات الصضندوق لحساب مساحة سطح العيضنة، -4توضع العيضنة داخل صضندوق القص بعضناية ،يثم يوضع قرص التحميل مع القرص المسامي المسّضنن )،(Serrated porous disc
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
178
-
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
-5يتم تسليط الحمل العمودي المطلوب ) (N1مع أخذ وزن قرص التحميل والجزء العلوي من الصضندوق بعين العتبار كجزء من )،(N1 -6يتم فك البرارغي التي تربط الجزء العلوي من الصضندوق بجزئه السفلي،
شكل ) – (9-4صضندوق القص المباشر
-7يتم تيثبيت ساعتي القياس لقراء ة التشوهات الفقية والعمودية، -8يتم البدء بالقص بعد توقف ساعة قراء ة التشوهات العمودية ،أي بعد أن تأخذ العيضنة مدى هبوطها تحت تأيثير الحمل العمودي )،(N1
-9عضند استقرار الهبوط العمودي ،يتم البدء بتسليط الحمل الفقي )(T1 مع أخذ قراءات ساعة التشوهات الفقية كل 15يثاضنية للدقيقتين الوليين ،وكل 30يثاضنية للوقت المتبقي، -10 -11
عضند اضنهيار العيضنة )حصول القص( يتم رفع العيضنة من الصضندوق، تتم إعاد ة الخطوات ) (10-1على العيضنتين الباقيتين ذات الوزن
والكيثافة المشابهْي نـ لتلك التي للعيضنة الولى ،وباستعمال حمل عمودي
) (N2للعيضنة اليثاضنية وحمل ) (N3للعيضنة اليثاليثة بحيث يكون )N1<N2<N
.(3 فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
179
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
ثانياً -فحص التربة المتماسكة )الطينية(:
يجري فحص القص للتربة الطيضنية المتماسكة في صضندوق القص المباشر بضنفس الطريقة التي يجري للتربة رغير المتماسكة ،باختلف بسيط يتميثل في أن العيضنة في هذه الحالة تكون سليمة التركيب ) ،(Undisturbedويجري قطعها من عيضنة أكبر إوادخالها في صضندوق القص .ويتم هضنا اضنهاء تضارغط العيضنة )(Consolidation
تحت تأيثير الحمل العمودي قبل القيام بفصل جزئْي صضندوق القص )خطو ة رقم ،(5وذلك لضمان عدم خروج العيضنة الطرّية من الصضندوق عضند القيام بعملية الفصل.
-4الحسابات ):(Calculations يتم اجراء الحسابات التالية بضنهاية فحص القص سواء كاضنت التربة متماسكة أو رغير متماسكة: ُ -1يحسب الجهاد العمودي ) (Normal stressبالمعادلة: Ni A
= σi
بُ -يحسب الجهاد الذي أحدث القص ) (Shear stressبالمعادلة: حيث:
Ti A
= τi
- iرقم العيضنة ، -Aمساحة سطح العيضنة. -6
الرسم ):(Plotting ُ -1يرسم مضنحضنى العلقة بين و ومضنه يتم ايجاد قو ة التماسك ) (Cوزاوية الحتكاك الداخلي ).(φ
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
180
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
-2عضند الطلب ،يمكن رسم مضنحضنى العلقة بين التشوه الفقي )Horizontal
(displacementواجهاد القص ،وكذلك العلقة بين التشوه الفقي والتشوه العمودي ).(Vertical displacement ل لحسابات وضنتائج ويبين الضنموذج ) (1-4والمضنحضنيات المرافقة )شكل (10-4ميثا ً
فحص القص المباشر .والضنموذج والمضنحضنيات مقتبسة من المرجع ./7/
نموذج )(1-4 رقم
1
2
3
36
80
146
32
70
128
2.0
2.5
2.2
الهبوط )ملم(
16.0-
0.15-
0.14-
الكيثافة الجافة )رغم/سم (3
1.70
1.70
1.71
العينة الجهاد العمودي n )كيلوضنيوتن/م (2
اجهاد القص عضند الضنهيار )كيلوضنيوتن/م (2 التشوه الفقي )ملم(
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
181
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
200
100
50
ـصك ـيـلـ ــو ضنـيـ ـ توـن/مـتـر مربـ ع) إـجـ ـ ـ ــهاد ا ـلـقـ (
150
0 150
200
50
100
0
ـيك ـيـلـ ــو ضنـيـ ـ توـن /مـتـر مربـ ع( اـلـ ـ ــجهاــد اـلــعمو ـد ـ )
من المضنحضنى :التماسك ) = (Cصفر
)شكل )10-4
زاوية الحتكاك الداخلي ) φ) = 41درجة )ميل المضنحضنى(
4-3فحص ال نـضغاط والقص ثل ثـي المحاور )(Triaxial Compression and Shear Test
-1المراجع القياسية ):(Standard references ASTM D-2850 BS 1377.
-2الجهزة الل زـمة ):(Equipment -1جهاز القص يثليثي المحاور ويتكون من خلية شّفافة مركبة على هيكل تحميل مضناسب )) (Loading frameشكل ،(11-4
-2أدوات مضناسبة لتحضير العيضنات وقياسها )مضنشار ،سكين ،أدا ة للقياس الدقيق،(...
-3رغشاء مطاطي لتغليف العيضنة أيثضناء الفحص )،(Rubber membrane -4فرن تجفيف وأدوات لقياس محتوى الرطوبة. فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
182
-
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
-3الطريقة ):(Procedure -1يتم تحضير يثلث عيضنات متشابهة )على القل( مميثلة للتربة التي ُيراد
فحصها ،وتكون هذه العيضنات اسطواضنية الشكل ذات قطر يساوي ضنصف الطول ) ،(D = L/2ورغالبًا يكون الطول 76ملمت ًار والقطر 38ملمت ًرا.
ملحظة :القطار الشائعة للعيضنات هي 1.4و 2.8إضنش في الوليات المتحد ة المريكية38 ، و 100ملم في بريطاضنيا و 50ملم في كضندا والدول السكضندضنافية .ويتم أخذ العيضنة سليمة التركيب بقطعها من كتلة أكبر من التربة ) (Block sampleأو من داخل أضنبوب جمع العيضنات السطواضني ).(Tube sampler
-2يتم تغليف العيضنة بالغشاء المطاطي وذلك بتركيب الغشاء حولها اذا كاضنت طيضنية متماسكة سليمة التركيب ،وفي حالة التربة السائبة ) (Looseرغير المتماسكة كالرمل ،يتم سكب العيضنة داخل الغشاء المطاطي عبر قمٍع وباستعمال أدوات مضناسبة لهذا الغرض،
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
183
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
شكل ) (11-4جهاز الضنضغاط يثليثي المحاور
ُ -3تؤخذ القياسات الدقيقة للعيضنة )القطر والطول( ،وفي حالة الطين ُتؤخذ هذه القياسات قبل التغليف بالغشاء المطاطي، -4يتم جمع خلية الجهاز بوضع العيضنة على المكان المخصص لها في الخلية، وتمل الخلية بالماء ليحيط بالعيضنة،
-5
يتم تعريض الماء الموجود داخل الخلية والمحيط بالعيضنة لضغط يثابت معين بواسطة مضخة خاصة للهواء المضغوط ،ويكون هذا الضغط محيطًا بالعيضنة
من كل جاضنب وُيرمز له بـ )- (σ3اضنظر شكل )، -(6-4
-6
يتم التأيثير بضغط خارجي عمودي على العيضنة وذلك من خلل حمل متصاعد حتى حصول اضنهيار العيضنة .ويكون هذا الضغط أو الجهاد هو )σ1
- (-σ3اضنظر شكل )،-(6-4 -7بعد اضنهيار العيضنة ،يتم فك الخلية واخراج العيضنة مضنها لوصف شكل الضنهيار وكذلك ايجاد محتوى الرطوبة لها، -8
بعد تضنظيف الخلية ،يتم تكرار الخطوات من ) (7-2على العيضنتين الباقيتين، مع زياد ة الضغط المحيط بالعيضنة الى ) (σ′3يثم ) (σ′′3في المحاولتين اليثاضنية واليثاليثة على التوالي بحيث يكون ).(σ3<σ3′<σ′′3
ملحظة ُ :تؤخذ قراءات التشوهات العمودية أيثضناء التحميل لحساب الضنفعال.
-4الحسابات ):(Calculation لحساب الجهاد العمودي ) (Normal stressوالضنفعال ) (Strainتستعمل الرموز التالية: -Loالطول البتدائي للعيضنة، فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
184
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
-Dقطر العيضنة، -Aoالمساحة البتدائية لمقطع العيضنة πD 2 4
= Ao
-Xالتشوه العمودي في أية لحظة أيثضناء التحميل. وتكون الحسابات كما يلي: ُ -1تحسب ضنسبة الضنفعال بالمعادلة:
X )100(% Lo
=ε
ُ -2يحسب الضغط العمودي الخارجي الذي يحصل عضنده الضنهيار بالمعادلة: P Ao
= σ1 − σ 3
حيث – Pالحمل العمودي المؤيثر على العيضنة. -5الرسم ):(Plotting ُ -1يرسم مضنحضنى العلقة بين الضغط العمودي ) (σواجهادات القص )،(τ وُتحسب من المضنحضنى قيم التماسك ) (Cوزاوية الحتكاك الداخلي ).(φ
ُ -2يرسم ،عضند الطلب ،مضنحضنى العلقة بين ضنسبة الضنفعال واجهاد القص .ويبين
ل لضنتائج وحسابات فحص القص يثليثي المحاور للتربة. الضنموذج ) (12-4ميثا ً والضنموذج والمضنحضنيات مقتبسة من المرجع ./7/
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
185
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
نموذج )(2-4 54-3-118
طول العينة )ملم(
78.2
رقم قرص التحميل
قطر العينة )ملم(
38.0
معامل قرص التحميل )نيوتن/تدريج(
1.71
مساحة مقطع العينة)ملم
1134
الضغط في الخلية )كيلونيوتن /م (2
100
(2 حجم العينة )سم (3 قياس
88.7
2
سرعة ال نـفعال ) %في الدقيقة( قياس الجهاد
ال نـفعال
)تدريج=(div
)(%
0.0
0
0
0.20
28
0.25
0.40
46
0.50
0.60
63
0.75
0.80
81
1.00
1.20
107
1.50
1.60
152
2.00
2.00
187
2.50
2.40
216
3.00
2.80
245
3.50
3.20
272
4.00
3.60
291
4.50
4.00
297
5.00
4.40
252
5.50
ال نـفعال )ملم(
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
186
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________ رقم
الكثافة
الرطوبة
اجهاد
ضغط الخلية
ال نـفعال
)(%
)كيلو نيوتن/م
الضغط-
σ 1 (2
)(σ 3-σ 1
)(%
A
1.85
21
100
425
5.0
B
1.83
20
200
573
6.2
C
1.86
21
400
672
7.0
العينة
)غم/سم 3 (
C )كيلونيوتن/م 2 (
135
φ )(º
17
شكل ) (12-4ضنتائج فحص القص يثليثي المحاور /المرجع /7
4-4ال نـضغاط اللمحصور للتربـة )(Unconfined Compression Test of Soil -1المراجع القياسية ):(Standard references ASTM D-2166
-2الجهزة الل زـمة ):(Equipment
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
187
-
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
-1هيكل تحميل ) (Loading frameذو تشغيل يدوي أو آلي قادر على اعطاء سرعة تحميل قدرها 4 – 0.50ملمتر/الدقيقة .ويمكن استعمال ضنفس هيكل التحميل لجهاز القص يثليثي المحاور لهذا الغرض، -2قرص قياس التحميل ) (Load measuring ringذو قدر ة حوالي 2 كيلوضنيوتن،
-3قاعد ة يمكن تيثبيتها على هيكل التحميل ،وعليها ساعة لقياس الضنفعال ) ،(Strain -4أدوات مضناسبة لتحضير العيضنات وقياسها )مضنشار ،سكين ،أدا ة للقياس الدقيق،(...
-5فرن تجفيف وأدوات لتحديد محتوى الرطوبة. -3الطريقة ):(Procedure
-1يتم تحضيرعيضنة اسطواضنية الشكل ذات طول يساوي ضعف القطر )،(L = 2D ورغالبًا تكون العيضنة ذات طول = 76ملم وقطر = 38ملم )اضنظر طريقة تحضير عيضنات الفحص يثليثي المحاور(،
ُ-2تؤخذ القياسات الدقيقة للعيضنة ويؤخذ وزضنها، -3يتم وضع العيضنة على المكان المخصص لها في الجهاز )القاعد ة السفلية( مع التأكد من أن العيضنة في وضع مضناسب ورغير مائلة .بعدها يتم تحريك الجهاز إواضنزال القاعد ة العليا لتلمس سطح العيضنة ،يثم تُيثبت ساعة القياس للضنفعال ،ويتم تصفير ساعتي الحمل والضنفعال، -4يتم التأيثير على العيضنة بضغط خارجي عمودي مع أخذ القراءات تباعًا لكل من
الحمل والضنفعال،
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
188
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
-5يستمر التأيثير بالحمل الخارجي على العيضنة حتى حصول الضنهيار الذي يتم الحكم على حدويثه من خلل استمرار يثبات الحمل أو ضنقصاضنه ليثلث قراءات متتالية ،أو عضند بلوغ قيمة الضنفعال 15) %20ملم من الهبوط لعيضنة قطرها 38 ملم(، -6عضند اضنهيار العيضنة يتم إيقاف الجهاز واخراج العيضنة مضنه، -7يتم رسم شكل العيضنة عضند اضنهيارها وذلك لمعرفة ضنوع الضنهيار الذي حصل، والذي قد يكون أحد اليثليثة التالية: -1الضنهيار اللدن )) (Plastic failureشكل 13-4أ( -2الضنهيار شبه اللدن )) (Semi-plastic failureشكل 13-4ب( -3
اضنهيار القصف )) (Brittle failureشكل 13-4جـ(.
-8يتم تحديد محتوى الرطوبة للعيضنة عضند الضنهيار. -4الحسابات والتقرير ):(Calculations and report
يتــم حســاب الضنفعــال كمــا هــو موضـح فــي تجرب ة القــص يثليثــي المحــاور ،وضـغط الشد بقسمة الحمل لحظة الضنهيار علــى مســاحة مقطــع العيضنــة العرضي مــع م ارعـا ة المعــاِم لـت الخاصــة بكــل جهــاز .وأمــا التقري ر فيمكــن أن يحتــوي علــى المعلومـات التالية:
شكل ) (13-4اشكال اضنهيار العيضنات في فحص الضنضغاط اللمحصور فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
189
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
أ-الضنهيار اللدن ب -الضنهيار شبه اللدن جـ -اضنهيار القصف
-1مقاسات العيضنة، -2محتوى الرطوبة، -3الكيثافة والكيثافة الجافة، -4شكل الضنهيار، -5مضنحضنى العلقة بين الجهاد )الضغط( والضنفعال، -6ضغط الشد القصى )عضند الضنهيار( وهو ضنفسه مقاومة الضغط اللمحصــور للعيضنة ).(Unconfined compressive strength) (qu -7ضنسبة الضنفعال عضند الضنهيار ).(% -5ملحظة :يمكــن قيــاس حساســية الطيــن ) (Sensitivity of clayبعــد اضنهيــار العيضنــة وتحديــد مقاومـة الضــغط اللمحصــور ) ،(quوذلــك بأخــذ ضنفــس العيضنــة إواعــاد ة تشــكيلها )
(Remouldingلعيضنـ ــة اسـ ــطواضنية بضنفـ ــس مقاسـ ــات العيضنـ ــة الول ــى وفحـ ــص مقاومتهـ ــا
للضغط اللمحصور) .(qrويتم ايجاد حساسية الطين من العلقة: q St = u qr حيث : -quمقاومة العيضنة سليمة التركيب للضغط اللمحصور، -qrمقاومة العيضنة الضناتجة من اعاد ة التشكيل للضغط اللمحصور.
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
190
الباب الرابع – فحوصات القص للتربة ___________________________________________________________________
فحوصات التربة للرغراض الضنشائية
191