الهندسة المدنيةتقارير التجاربميكانيكا التربة

تجربة القص المباشر للتربة مع المناقشة – Direct Shear Test

يستخدم جهاز القص المباشر لتحديد اجهادات القص اللازمه لفشل للتربة. يعد اختبار القص المباشر أحد أقدم اختبارات القوة للتربة. و يتم استخدام جهاز القص المباشر لتحديد قوة القص للتربة الخالية من التماسك (أي زاوية الاحتكاك الداخلي Ø).

من مخطط إجهاد القص مقابل الإزاحة الأفقية ، يتم الحصول على أقصى إجهاد قص للإجهاد العمودي المحدد. بعد تشغيل التجربة عدة مرات لمختلف اجهادات الانضغاط الرأسية ، يتم رسم مخطط  لأقصى إجهادات القص مقابل اجهادات الانضغاط العمودية لكل اختبار. من المخطط ، يمكن تقريب منحنى الفشل لخط مستقيم ( دائرة مور)، بالنسبة للتربة غير المتماسكة (كالرمل) (c=0)، حساب قوة القص لاي اجهاد عمودي من المعادلة التالية:

شكل (1) يوضح النموذج اثناء الفحص (أ), و شكل النموذج بعد التجربة (ب).
شكل (2) يوضح الخط المستقيم المقرب لمنحني الفشل.

التكوين العام لجهاز فحص القص المباشر

يظهر في الشكل (3) مقطع عرضي لجهاز فحص القص المباشر النموذجي. تحتوي عينة التربة على حجر مسامي في أعلى وأسفل للسماح بتصريف حر. وفوق الحجر العلوي يوجد غطاء تحميل معدني يخضع بدوره لقوة عموديه ثابته المقدار طول زمن الفحص و تكون فائدة هذا الغطاء لتوزيع القوه العموديه على كل مساحه مقطع التربه بشكل متساوي و كذلك لتثبيت نموذج التربه مرصوصا و ثابتا في مكانه دون ان يتحرك . نقوم بوضع اولا الحجر المسامي السفلي و يجب ان يكون حجمه مناسب للقالب (بنفس ابعاد قالب الفحص ) ثم توضع العينه المراد فحصها بالتدريج مع الرص المستمر ثم يوضع الحجر المسامي العلوي. يتم إجراء معظم اختبارات القص المباشر المختبرية على عينات بابعاد (6*6*3) سم . ومع ذلك ، قد نحتاج الى  استخدام عينات بابعاد اكبر من ذلك  في التربة التي تحتوي على جزيئات بحجم اكبر مثل الحصى.

شكل (3) يوضح مقطع عرضي لجهاز فحص القص المباشر .

نضرية التجربة

في هذه التجربة سنحصل على قراءات التي هي عبارة عن تدريجات لمقياس الازاحة الافقية التي تكون تدريجاته هي (0.001) ملم لكل تدريجة لذلك نستطيع الحصول على قيمة الازاحة الافقية من القانون :-

D (mm) = gauge * 100

D: Horizontal Displacement

Gauge: Reading of the Horizontal Displacement Gauge

و النتيجة الاخرى والتي نسجلها بالتزامن مع الاولى هي عبارة عن قراءة المقياس الموجود داخل دائرة الجهاز و التي نستطيع تحويل قراءاتها الى قوة القص المطبقة من الجهاز بلحظة اخذ القراءة و التي تحتوي على ثوابت يتم الحصول عليهم اثناء معايرة جهاز فحص القص  والتي تتم بفترات طويلة او عند ملاحظة اخطاء بقياسات الجهاز و يمكن الحصول على قيمة قوة القص من خلال تطبيق قيمة قراءة مقياس الدائرة في معادلة التحويل و التي هي :-

الاجهزة و الادوات

1-  جهاز فحص القص المباشر

يتكون جهازفحص القص المباشر من وحدة للتسليط وعلبة يوضع صندوق القص فيها و الية لتسليط ثقل عمودي و مولد قوة قص كهربائي و الية لتوليد قوة القص يدويا من خلال عتلة دوارة و مقاييس لقياس الازاحة الافقية  العمودية و مقياس الدائرة الذي يمكن ادخال قراءته في معادلة خاصة (مذكورة في نضرية التجربة) للحصول على مقدار قوة القص المسلطة على النموذج و يمكن اسناد الجهاز ووضعه على منضدة حاملة ليستقر الجهاز او وضعه على حامل حديدي . قد يصل وزن الجهاز محملا بالاثقال الى اكثر من 200 كغم لذلك يفضل تثبيت الجهاز بالارضية بواسطة البراغي لمنع اي حركة او اهتزاز للجهاز.

شكل (4): صورة لجهاز فحص القص.

2-  صندوق القص

يتكون صندوق القص من 3 اجزاء يثبت الجزء السفلي والجزء الوسطي بواسطة مسامير تثبيت قبل البدء بالفحص في حين يوضع الجزء العلوي بعد اكمال وضع و رص العينة و فائدة هذا الجزء هو لتوزيع الحمل العمودي الذي يطبق من عتلة الحمل العمودي بالتساوي على كل مساحة سطح العينة و توضع بين العينة و القطعة العلوية و بين العينة و القطعة السفلية لوحة نفاذة (حجر مسامي). و كذلك يحتوي الجهاز على عتلة تنقل قوة القص ليتم قياسها بواسطة مقياس الدائرة.

شكل (5): مقطع عرضي لصندوق القص

3- ميزان

4- مسطرة لقياس عمق القالب قبل و بعد وضع العينة

طريقة العمل

  1. أزل مجموعة صندوق القص من جهاز الفحص. تزال  المسامير الثلاثة العمودية والاثنين الأفقيين. أزل رأس التحميل الافقي و العمودي و اخرج الصندوق من الجهاز. أدخل المسامير العموديتين للحفاظ على نصفي صندوق القص معًا و لكي لا تخرج العينة من بين نصفي الصندوق.
  2. وزن نموذج الرمل الجاف ، املأ صندوق القص بالرمل في طبقات صغيرة. يمكن استخدام اداة رص صغيرة لضغط طبقات الرمال. يجب أن يكون الجزء العلوي من العينة المضغوطة حوالي (6.4) ملم أسفل الجزء العلوي من صندوق القص.
  3. حدد أبعاد عينة التربة (أي ، الطول L ، العرض B ، الارتفاع H للعينة ).
  4. قم بتثبيت راس التحميل (الجزء العلوي من صندوق القص).
  5. ضع مجموعة صندوق القص في مكانها في آلة القص المباشر.
  6. تطبيق الحمل الرأسي المطلوب (N) على العينة. يمكن القيام بذلك عن طريق تعليق الأوزان الجاهزة على عتلة الحمل العمودي. ستبقى مسمار الحمل العمودي مثبتة على العينة لتسليط الحمل العمودي على رأس التحميل و على العينة.
  7. قم بإزالة المسمارين العموديين اللذان قمنا بتثبيت جزئي القالب السفليين بهما (اللذين تم إدراجهما في الخطوة 1 للحفاظ على نصفي صندوق القص معًا).
  8. حرر المسامير الرأسية الثلاثة الموجودة على الجدران الجانبية للنصف العلوي من صندوق القص. يتم ذلك لفصل نصفي الصندوق. يجب أن تكون المساحة بين نصفي الصندوق أكبر قليلاً من أكبر حجم لحبيبات عينة التربة (عن طريق الملاحظة البصرية).
  9. اضبط رأس التحميل من خلال تشديد المسمارين الأفقيين الموجودين في النصف العلوي من صندوق القص. الآن ازل المسامير الثلاثة العمودية. بعد القيام بذلك ، لن يكون هناك اتصال بين نصفي صندوق القص باستثناء التربة.
  10. قم بتوصيل مقاييس الازاحة الأفقية (0.01 ملم لكل تدريجة ) والرأسية و مقياس الدائرة.
  11. تطبيق الحمل الأفقي إلى النصف العلوي من صندوق القص. يجب أن يتراوح معدل تسليط قوة القص بين 0.1 إلى 0.02 بوصة. دقيقة (2.54 إلى 0.51 ملم / دقيقة). لكل إزاحة صغيرة لكل تدريجة عاشرة في مقياس الازاحة الأفقية ، سجل قراءات مقياس الطلب العمودي ومقياس الحلقة (الذي يقيس قوة القص ).

الحسابات

المناقشة

يتم إجراء الاختبار على عينة من التربة محصورة في صندوق معدني ذو مقطع عرضي مربع يتم تقسيمه أفقيًا عند منتصف الارتفاع. تتم المحافظة على زيادة صغيرة بين نصفي الصندوق. يتم قطع التربة على طول نموذج محدد سلفًا عن طريق تحريك النصف العلوي من الصندوق بالنسبة للنصف السفلي. عادة ما يكون الصندوق مربعًا بحجم 60 مم × 60 مم. يظهر مربع القص نموذجي.

إذا كانت عينة التربة مشبعة كلياً أو جزئياً ، توضع الألواح المعدنية المثقبة والأحجار المسامية أسفل وفوق العينة للسماح بالصرف المجاني. إذا كانت العينة جافة ، يتم استخدام ألواح معدنية صلبة. يمكن تطبيق الحمل الطبيعي على مستوى القص على عينة التربة من خلال غطاء الصندوق.

يمكن إجراء الاختبارات على الرمال والحصى بسرعة ، وعادةً ما يتم تجفيفها حيث وجد أن الماء لا يؤثر بشكل كبير على قوة التصريف. بالنسبة للطين ، يجب اختيار معدل القص لمنع تراكم ضغوط المسام الزائدة.

عند تطبيق الحمل العادي الرأسي على العينة ، يتم تطبيق إجهاد القص تدريجياً بشكل أفقي ، وذلك بالتسبب في تحريك نصفي الصندوق بالنسبة لبعضهما البعض. يتم قياس حمل القص مع إزاحة القص المقابلة. كما يتم قياس التغير في سمك العينة.

يتم اختبار عدد من عينات التربة في ظل أحمال عمودية مختلفة ويتم رسم قيمة إجهاد القص عند الفشل مقابل الإجهاد الطبيعي لكل اختبار. بشرط عدم وجود ضغط زائد على مسام الماء في التربة ، فإن الضغوط الكلية والفعالة ستكون متطابقة. من ضغوط الفشل ، يمكن الحصول على ظرف الفشل.

الاختبار له العديد من المزايا:

  • يمكن اختبار العينات الكبيرة في صناديق القص الكبيرة ، حيث يمكن للعينات الصغيرة أن تعطي نتائج مضللة بسبب عيوب مثل الكسور والشقوق ، أو قد لا تكون ممثلة حقًا.
  • يمكن قص العينات على طول القواعد المحددة مسبقًا ، عند الحاجة إلى قوة القص على طول الشقوق الأخرى المحددة. من السهل اختبار الرمال والحصى.

عيوب الاختبار في ما يلي:

  • لا يمكن لجهاز صندوق القص أن يعطي قوة موثوقة غير محجوبة لأنه كذلك المستحيل لمنع الصرف الموضعي بعيدا عن قاعدة القص.
  • لا يوجد أي قياس لقياس ضغط ماء المسام في صندوق القص وبالتالي لا يمكن تحديد الضغوط الفعالة من الاختبارات غير المحجوزة.
  • يكون مستوى الفشل دائمًا أفقيًا في الاختبار ، وقد لا يكون هذا المستوى هو المستوى الأضعف في العينة.
  • يحدث فشل التربة تدريجياً من الحواف باتجاه مركز العينة.

أنمار النقيب

مدير التحرير في موقع النقيب للمعلوماتية. أعمل بدوام كامل في التدوين، أنا مهندس مدني ، يوتيوبر ، خبير SEO ، خبير في التسويق الرقمي ، ولدي خبرة 3 سنوات في التسويق عبر Facebook و 2 سنوات في التدوين.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق

أنت تستخدم إضافة Adblock

برجاء دعمنا عن طريق تعطيل إضافة Adblock