دستگاه سه محوری خاک هوشمند

الف- نمونه آماده شده را (كه در غشاء پلاستيكي پوشيده شده و در دو انتهاي آن پايه كلاهك قرار دارد) داخل محفظه سه محوري ثابت كنيد. پيستون بارگذاري را چند بار با كلاهك نمونه تماس دهيد، تا مطمئن شويد تا اتكاء پيستون روي كلاهك و همچنين هم محوري پيستون و كلاهك به طور صحيح برقرار شده است، در طي اين عمل مراقب باشيد كه تنش اضافي بيش از %5/0 مقاومت فشاري برآورده شده كافي باشد، بايد پس از كنترل كردن اتكاء پيستون و هم محوري پيستون و كلاهك، پيستون در بالاي كلاهك نمونه قفل شود و در طي اعمال فشار جانبي، به حالت قفل باقي بماند. سپس محفظه را در محل خود در دستگاه بارگذاري قرار دهيد. دقت كنيد كه دستگاه بارگذاري، دستگاه اندازه¬گيري بار¬محوري (حلقه نيروسنج يا نيروسنج الكترونيكي) و محفظه سه محوري را كاملاً هم محور قرار دهيد تا از ايجاد نيروي جانبي بر پيستون در طول آزمايش جلوگيري شود. دستگاه توليد و اندازه گيري فشار جانبي را وصل كنيد و اگر از مايع تخت فشار (معمولاً آب) استفاده مي¬كنيد محفظه را تا سطح از پيش تعيين شده (يا كاملاً پر) پر نماييد. دستگاه توليد و اندازه گيري فشار جانبي را براي فشار مطلوب تنظيم كرده و آن فشار را بر آب داخل محفظه وارد كنيد. در صورتي كه دستگاه اندازه¬گيري بار محوري در خارج از محفظه سه محوري قرار گرفته باشد، فشار جانبي باعث وارد شدن نيرو بر پيستون شده و آن را به طرف بالا مي¬راند و در نتيجه بر دستگاه بارگذاري محوري تأثير مي¬گذارد. در اين حالت آزمايش را با قرار دادن پيستون كمي بالاتر از كلاهك نمونه شروع كنيد. قبل از اينكه با كلاهك نمونه تماس پيدا كند، اصطكاك اوليه و فشا روارده بر پيستون (ناشي از اعمال فشار جانبي) را اندازه¬گيري كرده و يادداشت نماييد. اين فشارها را با دستگاه اندازه¬گيري فشار محوري اندازه گيري كرده، سپس فشارهاي محوري وارد بر نمونه را نسبت به اين دو فشار تصحيح كنيد. همچنين مي¬توان بار محوري را روي اين اصطكاك و فشار صفر كنيد. در صورتي كه دستگاه اندازه¬گيري بار محوري در داخل محفظه سه محوري قرار داشته باشد، تصحيح بار محوري در مورد اصطكاك پيستون و نيروي جانبي وارد بر آن لازم نيست. در هر دو حالت وقتي كه پيستون به كلاهك نمونه مماس مي¬شود، از قرائت¬هاي اوليه شاخص تغيير شكل (گيج تغيير شكل طولي) را يادداشت نماييد. ب- كاربرد كرنش كنترل شده: حدود 10 دقيقه پس از اينكه فشار جانبي برقرار شد (تذكر 1)، فشار محوري را با سرعت مناسب براي اين آزمايش كرنش محوري با سرعت حدو %1/0 در دقيقه براي مصالح خميري و %3/0 در دقيقه براي مصالح شكننده پيش مي¬رود. اين سرعت به ترتيب برابر 05/0 تا 2/1 ميلي¬متر در دقيقه خواهد بود كه در اين صورت كرنش حاصل 3 تا 6 درصد خواهد بود. با اين سرعت بارگذاري پس از گذشت زمان 15 تا 20 دقيقه حداكثر فشار محوري به دست خواهد آمد. بارگذاري را تا رسيدن به %15 كرنش محوري ادامه دهيد، مگر اينكه افزايش فشار محوري Δσ، به نقطه اوج رسيده و سپس نسبت به نقطه اوج %20 كاهش يابد. يا اينكه كرنش محوري %5 بيش تر از كرنش متناظر با نقطه اوج رسيده باشد. در حين آزمايش مقادير فشار و تغيير شكل را در 1/0، 2/0، 3/0، 4/0 و 5/0 درصد كرنش ثبت كنيد. واحد تقسيمان افزايش جابجايي را از %1/0 تا %5/0 هر %1/0 و از %5/0 تا %3 هر %5/0 و از %3 تا %5 در هر %1 افزايش كرنش را يادداشت نماييد. مگر در كرنش¬هاي بزرگتر از %10 كه ميتوان بار و تغيير شمل را در %2 افزايش كرنش يادداشت نمود. براي رسم منحني تنش-كرنش بايد به تعداد كافي قرائت فشار و تغيير شكل يادداشت نمود. از اين رو ممكن است در مراحل اوليه آزمايش تا وقتي كه گسيختگي نزديك شود، قرائت¬هاي زيادي لازم باشد. به هر حال تا %15 كرنش به بارگذاري ادامه دهيد، مگر وقتي كه تنش اضافي %20 افت داشته باشد و يا موقعي كه پس از رسيدن به حداكثر تنش اضافي بار %15 كرنش محوري اتفاق افتد، در اين صورت بارگذاري مي تواند متوقف شود. تذكر1- هدف از وجود فاصله زماني ده دقيقه اين است كه به نمونه اجازه داده شود تا قبل از وارد آمدن بار محوري تحت فشار جانبي تثبيت شود. پ- كاربرد تنش كنترل شده 1- بارگذاري افزايشي: قبل از انجام آزمايش مقدار فشار محوري وارد بر نمونه در گسيختگي را برآورد كنيد. اين برآورد مي¬تواند بر پايه تجربه روي نمونه¬هاي مشابه و يا از طريق آزمايش با دستگاه برش يا دستگاه مخروط نفوذي بر روي يك قسمت بلااستفاده از نمونه به دست آيد. حدود 10 دقيقه پس از وارد كردن فشار جانبي، يك فشار چند محوري اوليه برابر تا فشار گسيختگي برآورده شده را بر نمونه وارد كنيد. شاخص تغيير شكل عمودي را هر 5/0 دقيقه قرائت نماييد. وقتي كه سرعت تغيير مكان عقربه گيج كم تر از 01/0 اينچ (3/0 م¬م) در دقيقه باشد، فشار محوري را به همان مقدار قبلي افزايش دهيد. اين عمل را تا گسيختگي نمونه يا %15 كرنش محوري ادامه دهيد. اضافه فشار در دو يا سه بارگذاري آخري ممكن است نصف شود تا منحني تنش-كرنش در حوالي گسيختگي، كامل تر رسم شود. قبل از هر افزايش تغيير شكل را قرائت كرده و يادداشت نماييد. در صورتي كه در حين آزمايش روشن شود كه بيش از 15 بار يا كم تر ار 10 بار افزايش براي گسيختگي نمونه لازم است، افزايش فشار را مطابق آن تنظيم كنيد. 2- تنش با سرعت كنترل شده: قبل از انجام آزمايش مقاومت فشاري نمونه را برآورد كنيد. حدود 10 دقيقه بعد از وارد كردن فشار جانبي با سرعت ثابتي شروع به بارگذاري محوري نماييد كه تقريباً در مدت 15 دقيقه به حداكثر تنش اضافي دست يابيد. در كرنش¬هاي برابر آنچه كه در قسمت (ب) ذكر شده است، مقادير فشار و تغيير فشار را قرائت كردن و يادداشت نماييد. بارگذاري نمونه بايد تا حصول %15 كرنش يا وقتي كه تنش اضافي %20 افت كند ادامه يابد و بالاخره وقتي كه پس از رسيدن به حداكثر تنش اضافي مشاهده شود كه هنوز %5 كرنش انجام مي¬شود متوقف شود. ت- تعيين درصد رطوبت: درصد رطوبت نمونه مورد آزمايش را مطابق روش استاندارد D2216 و يا استفاده از نمونه يا قسمتي از آن كه مشخص كننده كل نمونه باشد تعيين و در برگ گزارش يادداشت نماييد. 15-7-محاسبات الف- كرنش محوري را براي يك فشار محوري مشخص از رابطه زير محاسبه كنيد: كه در آن: LΔ= تغيير طول نمونه آزمايشگاهي كه از روي شاخص تغيير شكل قرائت مي¬شود. Lo= طول اوله نمونه منهاي LΔ وقتي كه پيستون با كلاهك مماس شود. = كرنش محوري براي يك فشار محوري مشخص. ب- سطح مقطع A را براي يك فشار محوري مشخص از رابطه زير محاسبه كنيد. كه در آن: Ao= سطح مقطع اوليه نمونه است. A= سطح مقطع متوسط است. پ- تنش اضافي 2σ1-σ را براي يك فشار محوري مشخص از رابطه زير محاسبه كنيد. كه در آن: P= فشار محوري كه در صورت لزوم براي نيروي وارده به طرف بالا و همچنين اصطكاك پيستون تصحيح شده است. A= سطح مقطع متوسط است. ت- منحني تنش-كرنش: يك نمودار را رسم كنيد كه رابطه تنش محوري اضافي و كرنش محوري را نشان دهد. تنش محوري اضافي را روي محور عرض¬ها و كرنش محوري را روي محور طول¬ها نمايش دهيد. مقاومت فشاري و كرنش محوري در گسيختگي را مطابق با تعاريف ذكر شده در قسمت قبل انتخاب كنيد. منحني¬هاي تنش-كرنش را براي حداقل سه نمونه با فشارهاي جانبي مختلف رسم كنيد. ث- تصحيح مربوط به مقاومت غشاء: در صورتي كه خطاي تنش محوري اضافي مربوط به مقاومت غشاء از %5 تجاوز كند، رابطه زير مي¬تواند براي تصحيح اثر غشاء لاستيكي بر مقاومت فشاري به كار رود. كه در آن: M= ضريب فشار غشاء = كرنش محوري Do= قطر اوليه نمونه = تصحيحي كه بايد از مقاومت فشاري اندازه گيري شده كم شود. براي تعيين ضريب فشار غشاء از دو ميله باريك و يك تكه غشاء لاستيكي به طول 5/0 اينچ (7/12 م¬م) استفاده مي¬شود. به اين ترتيب كه يك ميله را داخل غشاء كنيد و بطور افقي روي تكيه گاه ثابت قرار دهيد. در حالي كه غشاء روي ميله آويزان است يك ميله ديگر را در داخل آن به طور افقي قرار دهيد و سپس به دو طرف ميله فشار آوريد تا غشاء كشيده شود. نيروي لازم جهت كشيدن غشاء به ازاء كرنش واحد در غشاء ضريب فشار غشاء نام دارد. در آزمايش سه محوري روي خاك¬هاي خيلي نرم اثر غشاء مي¬تواند قابل توجه باشد، ولي به هر حال براي اغلب خاك¬هايي كه از غشاء لاستيكي با مشخصات ذكر شده در قسمت (ث) استفاده مي¬شود، اثر غشاء قابل صرف نظر كردن بوده و تصحيح انجام نمي¬شود. ج- تنش هاي اصلي بزرگ و كوچك را به روش زير محاسبه كنيد. تنش اصلي كوچك، σ3 مساوي فشار جانبي است كه در هر آزمايش مقدار آن افزايش مي¬يابد. تنش اصلي بزرگ، σ1 مساوي تنش اضافي در گسيختگي به اضافه فشار جانبي است كه در هر آزمايش مقدار آن افزايش مي¬يابد. دايره مور را براي هر سه آزمايش در روي يك برگ كاغذ ميلي متري رسم كرده و مماس بر اين دواير را نيز رسم كنيد. از شيب خط مماس مقدار زاويه φ را به دست آوريد از محل تلاقي اين مماس با محور قايم، مقدار چسبندگي c را محاسبه كنيد.