نيودريل
رئيس مجلس الادارة
 عدد المساهمات : 207
تاريخ التسجيل : 13/04/2010
 |  موضوع: مقاومة التربة على القص  السبت سبتمبر 21, 2013 5:55 pm | |
| [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
مقاومة التربة على القص
مقدمة :
إن معرفة مقاومة التربة أمر أساسي في مختلف مسائل ميكانيك التربة كتصميم الأساسات و توازن المنحدرات و تصميم الجدران الاستنادية و حساب أساسات الطرق و مهابط الطائرات و غيرها .
و تصنف الترب عادة إلى نوعين رئيسين:
الترب المتماسكة (Cohesive)
الترب المفككة أو غير المتماسكة (Cohesionless)
و تختلف آلية المقاومة ضد القص لهذين النوعين ففي الترب المتماسكة هناك تجاذب بين ذرات التربة ناتج عن طبيعة سطح الحبات و أقطارها و الترب غير المتماسكة فتتألف من حبات مفككة و غير متلاصقة مع بعضها البعض و نعرف المقاومة ضد القص (Shear strength) لتربة ما , بأنها أكبر أجهاد قص يمكن أن تتحمله التربة حيث تنهار بعد ذلك و تعطي سطح انزلاق واضح ..
و تتألف مقاومة القص من عاملين أساسيين :
1- الاحتكاك الداخلي Internal friction و هو المقاومة الناتجة عن تعشق (Interlocking) حبات التربة مع بعضها و احتكاكها ببعضها البعض ...
2- التماسك Cohesion و هو المقاومة الناتجة عن القوى التي تحاول مسك الحبات مع بعضها ضمن كتلة ترابية .
و بشكل عام تأخذ الترب الغضارية مقاومتها من كلا العاملين ( التماسك و الاحتكاك ) و يكون الاحتكاك مهملا في حالات خاصة .
أما الترب الرملية فتعتمد مقاومتها بالدرجة الأولى على الاحتكاك الداخلي و قد يوجد فيها تماسك أحيانا" ..
- إن العلاقة مابين مقاومة القص للتربة و عاملي التماسك و الاحتكاك تعطى بقانون كولومب (Coulomb) ويوضحها الشكل التالي :
S=τ=c+σn.tgФ
حيث :
S :هي مقاومة التربة ضد القص
Τ : إجهاد القص
C : تماسك التربة
σn :الإجهاد الناظمي المؤثر على التربة
Ф: زاوية الاحتكاك الداخلي للتربة و يمكن تمثيل هذه العلاقة تخطيطيا" حيث نرسم قيم S بدلالة قيم σn فنحصل على علاقة مستقيم.
إن الإجهاد الناظمي المعطى بالعلاقة أعلاه لا يدخل في الحساب ضغط الماء المسامي U أي أن الإجهاد σn هو أجهاد كلي يؤثر على مستوى القص في التربة ..
- إن العلاقة مابين الإجهاد الفعال σ` التي تعتمد المقاومة عليه و الإجهاد الكلي σ و ضغط الماء هي :
σ`= σ-U
يمكن إعطاء دستور كولومب بالعلاقة التالية :
S=C`+( σ-U).tg Ф`
حيث Ф` C`, هي التماسك و زواية الاحتكاك باستعمال الاجهادات الفعالة بدلا" من الاجهادات الكلية و هذا ما أشار أليه العالم ترزاكي عام 1925 تتبع قيم C, Ф إلى :
1- نوع التربة
2-كثافة التربة
3- درجة الرطوبة
4- سرعة التجربة
5- طبيعة التجربة
مفهوم الاحتكاك :
إن الاحتكاك بين حبات التربة يشبه الاحتكاك بين أي سطحين من مادة ما . فإذا أخذنا جسما" مرتكزا" على سطح أفقي و طبقنا عليه قوة ناظمية Pn و قوة مماسية Pt كما في الشكل التالي
فنجد أن هناك قوة مقاومة R تمنع انزلاق الجسم و تحلل إلى مركبتين هما Rn,Rt تعاكسان القوى المطبقة
و حيث :
Pn=Rn
Pt=Rn.tgα=Pn.tgα
حيث α زاوية القوة المقاومة R مع الشاقول فبازدياد القوة المماسية Pt تزداد المقاومة و بذلك تزداد الزاوية α إلى أن تصل إلى حد يبدأ الجسم معه بالحركة كما تصبح القوة
Pt=Rt أو Pt=Pn.tgα
أن الزاوية α في هذه الحالة تساوي إلى Ф و تدعى بزاوية الاحتكاك فعندما يبدأ الجسم بالحركة يكون :
Pt=Pn.tgФ
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
حيث أن :
tgФ :عامل الاحتكاك و يمكن تحويل العلاقة السابقة إلى اجهادات حيث:
Pn=σ.A , Pt=S.A
حيث A مساحة التماس الكلية و منه يكون :
S=σ. TgФ
أن هذه العلاقة شبيهة بمعادلة مور كولومب لكن فيها C=0
أنواع الاحتكاك في التربة :
للاحتكاك في التربة نوعين :
النوع الاول : احتكاك بالانزلاق كما في الشكل السابق
النوع الثاني : احتكاك بالتدحرج ...
فإذا طبقنا قوة ناظمية على الحبة A و قوة قص أفقية فأن الحبة ستنتقل حتى B أما بالانزلاق أو بالتدحرج أو بكليهما معا" كما في الشكل التالي
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
و لنقل الحبة من الوضع B إلى C فأن ذلك يتطلب عملا" مساويا" إلى القوة الناظمية مضروبة بالمسافة d و هذا يعبر عن شدة التشابك بين حبات التربة و يتزايد كلما كانت الحبات أقرب إلى بعضها ...
و لذلك فأن الترب الكثيفة تعطي مقاومة قص أكبر و تغيرات أقل من الترب المخلخلة و عليه فأن حجم الرمل الكثيف يزداد أثناء المراحل الأولى لعملية القص و يؤدي إلى نقصان درجة التشابك ....
قياس مقاومة القص :
تقاس مقاومة القص في كل من المخبر و الحقل , أن الاختبارات المخبرية تطبق على عينات من التربة
و يجب أن تتم بطريقة تماثل الشروط الحقلية .
أن الاختبارات المخبرية الشائعة الاستعمال
1- القص غير مباشر : بواسطة الضغط الحر أو الضغط ثلاثي المحاور
2- القص المباشر : بواسطة علبة القص أو المروحة الدوارة
و سنتكلم عن كلا الطريقتين ..
القص غير المباشر :
أ--الضغط الحر : ( تجربة الضغط غير المحصور ) Unconfined compression Test
و هي تجربة سريعة يمكن الاستفادة منها في تعيين مقاومة التربة Cu,qu و عامل المرونة Eu في الشروط غير المصرفة (على المدى القريب ).
و هي حالة خاصة من تجربة الضغط ثلاثي المحاور حيث لا يطبق ضغط جانبي على العينة و تجرى هذه التجربة في حالة الترب الغضارية و المتماسكة المشبعة ..
مبدأ التجربة شبيه بضغط البيتون أو الحجارة أو غير ذلك من المواد إلا أنه يوجد جهاز خاص في حالة التربة يمكن استعماله في المخبر أو في الورشة . حيث يرسم الجهاز مخطط الإجهاد و التغيرات مباشرة على صفيحة ورقية , لكنه يمكن استعمال أي آلة أخرى لقياس مقاومة التربة للضغط الحر ..
و تتألف عادة من فك متحرك بسرعة معينة كما في الشكل التالي. يضغط على العينة فتنتقل القوة إلى حلقة فولاذية مرنة . نتمكن من قياس التغيرات فيها من معرفة مقدار القوة المطبقة كما يجب قياس التغير الشاقولي و بالتالي حساب التغير النسبي .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
و يتراوح التقاصر النسبي أو التشوه النسبي المحوري عند الانهيار بين (3-8%) للغضار القاسي المنحني (1) و بين (8-14%) للغضار الثابت أو نصف القاسي المنحني (2) و بين (14-25%) للغضار الطري المنحني (3) ومن المنحني نحصل على مقاومة الضغط الحر qu و الممثل لأكبر قيمة للإجهاد σ1 و إذا أردنا رسم دائرة مور و باعتبار أن σ1=qu σ3=0 فالدائرة تمر من المبدأ و مغلف الانهيار أفقي و مماس للدائرة في النقطة A و معادلته : Zf=Cu
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
ب-تجربة الضغط ثلاثي المحاور : Triaxial compression Test
تعتبر هذه التجربة أكثر التجارب صلاحية لتعيين خواص القص و قياس التغيرات في العينة بتأثير الاجهادات المطبقة و تستخدم هذه التجربة من أجل حالات كثيرة و أغراض متعددة حيث توضع العينة ذات الشكل الاسطواني بعد تغليفها بغشاء مطاطي رقيق من اللاتكس ضمن حجيرة أو حلة اسطوانية و الجهاز موضح بالشكل التالي
[صورة: 6.jpg]
إن الغرض من الغشاء المطاطي تحقيق تجانس في توزيع الضغط على العينة و حمايتها من سائل الحجيرة , أما الاقطار النظامية للعينة فهي :
225mm 150mm 100mm 50mm 38mm
و بالنسبة لعينات الترب الخشنة فيجب أن لا تقل قطر العينة عن خمس مرات قطر أكبر الحبات فيها و يتراوح نسبة طول العينة إلى قطرها بين 1.5 و 3 و الغالب أن يكون طول العينة ضعف قطرها ..
لأجراء التجربة تخضع العينة أولا لضغط خلية σc متجانس و متماثل الخواص و يطبق هذا الضغط بواسطة الماء الموجود في الحجيرة أو أي سائل خفيف كالغليسيرين كما يستخدم الغاز أحيانا"...
و لكي تنهار العينة بالقص يطبق أجهاد محوري أضافي ∆ σ بواسطة مكبس شاقولي مثبت أعلى الحجيرة ,
و يتصل المكبس بحلقة قياس لتعيين القوى المطبقة خلال مراحل التجربة , وبما أن وضع العينة لا يسمح بتعريضها لأجهادات قص (حيث τ=0 بين سائل الحجرة و سطوح العينة ) فهذا يعني أن وجوه العينة هي مستويات أساسية و الضغوط المطبقة عليها هي اجهادات أساسية .
و يمثل ضغط الخلية σc الإجهاد الأساسي الأصغري , أما الإجهاد المحوري و الذي هو مجموع ضغط الخلية المنتظم و الضغط المحوري الإضافي . ∆ σf فيمثل الإجهاد الأساسي الاعظمي σ1 و يدعى ∆ σf بفرق الإجهاد الأساسي أو فرق أجهاد و يساوي للقوة الناظمية المطبقة مقسومة على مقطع العينة .
و لتمثيل النتائج نرسم منحني العلاقة بين التشوه النسبي المحوري بدلالة فرق الإجهاد لثلاث عينات متماثلة على الأقل .
و من أجل ضغوط خلية مختلفة σ3-3, σ3-2, σ3-1 , و تعتبر ذروة كل منحني ممثلة لفرق الإجهاد الأعظمي و نحدد بالتالي σ1 لكل تجربة
و لرسم مغلف الانهيار نرسم دوائر المور المقابلة لقيم الإجهاد عند الانهيار و ذلك لثلاث عينات متماثلة حيث تخضع هذه العينات لثلاث ضغوط مختلفة و تتوقف شدة ضغط الخلية على طبيعة التربة و عمق العينة و نوع المسألة المدروسة ...
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
و يمكن البدء بضغط خلية للعينة الأولى يساوي للضغط الشاقولي الفعال ثم الضغط الشاقولي الفعال 100 kpa+ للعينة الثانية ثم الضغط الفعال 200 kpa+ للعينة الثالثة , و من النتائج نرسم دوائر مور عند الانهيار للعينات الثلاث , و من مغلف الانهيار يمكن تعيين زاوية مقاومة القص Ф و التماسك C و في الترب المفككة فأن المغلف يمر بالمبدأ ...
القص المباشر : Direct Shear Test
أ-المروحة الدوارة : تتألف المروحة الدوارة من صفيحتين معدنيتين متصالبتين تغمسان في التربة المراد تعيين مقاومة القص فيها . ندير المروحة بسرعة زاوية معينة و نقيس مقدار زاوية الدوران و عزم الفتل الموافق حتى نصل إلى مرحلة الانكسار حيث تقص التربة بشكل اسطوانة دائرية ارتفاعها H و هو ارتفاع المروحة و قطرها D مساو لبعد المروحة كما في الشكل التالي و تكون مقاومة القص S مساوية إلى :
[صورة: 8.jpg]
حيث :
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
T : عزم الفتل عند الانهيار T=2.P.a باعتبارP هي القوة المطبقة
A: ذراع القوة
D,H : أبعاد المروحة
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
تستعمل تجربة القص بالمروحة في حالة الترب الغضارية أو الترب السلتية و الرملية الناعمة ذات التماسك الضعيف و لكن لا تصلح هذه التجربة للترب البحصية نظرا" لوجود حبات ذات أقطار كبيرة تمنع المروحة من الدوران و تعطي بالتالي قيما" تختلف عن الواقع ..
مزايا هذه الطريقة :
1- أمكانية إجراء التجربة في الورشة حيث ننزل المروحة إلى أسفل بئر السبر ثم نقوم بقص التربة و قياس مقاومتها في الطبيعة
2- عدم تخريب العينات المستخرجة , و بالتالي نحصل على نتائج واقعية صحيحة عن مقاومة التربة و خاصة في الترب الغضارية الحساسة ...
ب-علبة القص :
جهاز القص مبين بالشكل التالي
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
في هذه التجربة يحدد مسبقا" مستوي القص . تؤثر على هذا المستوي قوتان ( اجهادان) الإجهاد الناظمي من تأثير الحمولة الشاقولية Pv و إجهاد القص من تأثير الحمولة الأفقية Ph و تحسب هذه الاجهادات بسهولة كما يلي
σn=Pv/A
τ=Ph/A
حيث A مساحة مقطع العينة , و تنطبق معادلة كولومب على هذه الاجهادات :
τ=c+σn.tgФ
و بما أنه يوجد مجهولان في هذه المعادلة لذلك علينا أن نجري على الاقل تجربتين لتحديد الإجهاد الناظمي σn و أجهاد القص τ و بالتالي (C,Ф)..
و بما أن نتائج التجربة مماثلة لبناء دوائر مور للحصول على C,Ф لذلك يمكن وضع عدة قيم ل σn مقابل τ ثم رسم خط مستقيم مارا" بالنقاط الحاصلة على ميل هذا الخط و نقطة تقاطعه مع المحور τ للحصول على C
كانت تعتبر هذه التجربة واسعة الانتشار و لكن الآن مع تقدم الإمكانيات العملية أصبحت أقل استعمالا" للأسباب التالية :
1- تتغير مساحة مقطع العينة خلال التجربة و لكن ربما لا تؤثر كثيرا" حيث أن معظم العينات تنهار بتأثير تشوهات بسيطة
2- أن السطح الفعلي للانهيار ليس مستويا" كما هو مفترض مسبقا" حسب طريقة إنشاء الجهاز
3- تستخدم التجربة عينات صغيرة بحيث تكون درجة الخطأ عالية إذا حصل أي شذوذ عن التجهيز الجيد لها.
4- لا يمكن تحديد قيم E و μ من هذه التجربة .
5- يتطلب حجم العينة عناية أكبر في حالة التجربة في شروط قياس الضغط المسامي ..
6- تطوير أجهزة الثلاث محاور.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]ش | |
|
