مقدمه
در رشته مکانیک خاک و مهندسی پی یا ( ژئوتکنیک ) ، تعیین مشخصات خاک تعریفی از چگونگی رفتار و ویژگیهای خاک از اهمیت زیادی برخوردار است . در کارهای عمومی که غالباً با خاک سروکار داشته و مجبور به تصرف در وضعیت موجود آن هستیم ، لازم است توانایی خاک برای تحمل بارهای وارده از سوی ما و نیز قابلیت آن به عنوان یک مصالح در روبرو شدن با حالات و شرایط متفاوت مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد . تمام این مطالب ما را به تعریف آزمایشهایی برای تعیین خواص مکانیکی و مقاومتی خاک و نیز احیاناً ویژگیهای فیزیکی آن رهنمون می سازد کشورهای مختلف سعی کرده اند آزمایشهای لازم را بصورتی ثابت تعریف کنند تا قابل استفاده در محلهای مختلف باشد و بتوان از نتایج آن برای مقایسه و نیز انجام کارهای پژوهشی سود و نیز از خطاهای دستگاهی و ... احتراز جست . اکنون تقریباً این آزمایشها به صورت ثابتی تعیین شده اند ، اگر چه ، پیشرفت تکنیک حساسیت ، دقت و یا سرعت آنها افزایش یافته است ولی تغییرات زیادی پیدا نکرده اند . البته ممکن است برای موارد خاصی ، آزمایشهای خاصی نیز ابداع شود . به هر حال در این کتاب با توجه به نیازهای پروژه های عمرانی درگیر با خاک بهتعیین ویژگیهای مقاومتی خاک ، آزمایشهایی ذکر شده است . این آزمایشها عمدتاً آزمایشگاهی و بنابراین کوچک مقیاس بوده و برروی نمونه های کوچکی از خاک انجام شده و مشخصات لازم را تعیین می کنند . در کنار این آزمایشها ، آزمایشهای صحرایی نیز وجود دارند که در پروژه های مهم و حساس وجود آنها ناگزیر و به طور کلی نتایج اطمینان بخش تری را به ما خواهند داد .
هر چند هزینه انجام آنها قابل مقایسه با نمونه های آزمایشگاهی نیست .
در این کتاب دانشجو با این آزمایشها آشنا خواهد شد و با تمرین و انجام آنها به توانایی نسبتاً خوبی در انجام آزمایش و تحلیل نتایج آن دست خواهد یافت . البته دانشجو باید چگونگی استفاده از این نتایج را در امر طراحی نیز بیاموزد . کتب نظری مکانیک خاک و مهندسی «پی » تا حدود زیادی وی را در این امر یاری خواهند کرد .
اساس این کتاب بر محور کتابی است از Braja M.Das به نام
Soil Mechanics Laboratory Manual
که سه فصل (18.19.20) بر‌آن افزوده شده است . ضمناً با توجه به وجود نرم افزار کامپیوتری در کتاب فوق تصمیم گرفته شد که بهمراه این کتاب در صورت تمایل نرم افزار مذکور نیز در اختیار علاقه مندان قرار گیرد .
امید است این تلاش مورد استفاده دانشجویان محترم و عزیز این مرز و بوم الهی قرار گیرد و در ارتقاء دانش آنها موثر و مفید افتد .
آزمایشهای آزمایشگاهی و تهیه گزارش
آزمایشهایی که در آزمایشگاه برروی خاک برای تعیین خواص فیزیکی آنها انجام می شود ،بخش لازمی برای طراحی و اجرای پی سازه ها ، تعیین ویژگی و نیز بهبود این خواص و کنترل مشخصات و میزان تراکم خاک محسوب می شوند . باید به خاطر داشت که خواص فیزیکی رسوبات طبیعی خاک در فاصله حتی چند صد متر یا فوت تغییرات عمده‌ای دارند . روابط تئوریک و تجربی اساسی و اصلی که در مکانیک خاک استفاده می شوند در کارهای عملی نیز صرفاً وقتی استفاده می شوند که پارامترهای فیزیکی مورد اشاره ای که باید در این روابط به کار روند ، در آزمایشگاه به دست آمده باشند . لذا ، اطلاع و آموختن روش انجام این آزمایشها برروی خاک در آزمایشگاه ، نقش مهمی در حرفه مهندسی ژئوتکنیک دارد .
استفاده از دستگاه ها و وسایل آزمایشگاهی
از حیث قیمت ، قیمت این دستگاه همواره متغیر بوده است . برای آنکه نتایج خوبی داشته باشیم باید این دستگاه ها به خوبی نگهداری شوند . کالیبره کردن اجزای آنها مانند ترازوها و حلقه های بارگذاری ، باید بطور مداوم کنترل شود . لازم است تمام وسایل قبل و بعد از استفاده تمیز باشند . این امر در بهتر شدن نتایج نقش با اهمیتی دارد .
ثبت اطلاعات
در هر آزمایش ، همواره عادت به ثبت اطلاعات در جدولی مناسب بلافاصله بعد از انجام آزمایش کاری لازم محسوب می شود بعضی اوقات ، دانشجو روی کاغذ با دستخط ناخوانا این اطلاعات را می نویسد ، در حالی که این کاغذ ممکن است گم شود یا به دور افکنده شود این کار ممکن است موجب آن شود که آزمایش تکرار شود و یا حتی نتایج ناصحیحی به دست آید .
تهیه گزارش
در کلاس درس بسیاری از آزمایشهایی که شرح داده می شود باید توسط گروه های کوچک(3.2 نفره ) انجام شود ولی هر گزارش باید توسط یک یک دانشجویان تهیه شود . این کار باعث بهبود مهارت دانشجو در نوشتن و تهیه یک گزارش فنی است . هرگزارش باید دارای اجزای زیر باشد :
1- جلد : شامل عنوان آزمایش ، نام و اطلاعات لازم که بر اساس آنها آزمایش انجام شده است .
2-صفحه بعد از جلد : شامل فهرست عناوین زیر:
الف – هدف از آزمایش
ب- وسایل آزمایش
ج- تصویر شماتیک وسایل آزمایش
د- توضیح مختصری از وسایل اصلی مورد استفاده در آزمایش
3- نتایج این قسمت شامل :
الف – صفحه (صفحات ) اطلاعت و ارقام
ب – نمونه محاسبات انجام شده
ج- منحنیهای مورد نیاز
4- بحث در مورد دقت آزمایش و منابع خطا
نکاتی درباره منحنیها و جداول لازم در تهیه گزارش
منحنیها و جداول تا حد امکان باید مشخص و تمیز ارائه شوند واحدها همواره ذکر شوند .منحنیها تا حدی که می شود بزرگ رسم شوند و شماره گذاری گردیده و توضیح لازم در زیر آنها داده شود . نمونه ای از یک منحنی که به شکل بدی رسم شده ومنحنی ای که خوب رسم شده است در شکل 1-1 آورده شده است در جایی که نیاز است از قوس و خط مستقیم نیز استفاده کرد .
(شکل در فایل اصلی موجود است)
شکل 1-1( a) منحنی بد رسم شده ای بری تغییرات وزن مخصوص خشک خاک نسبت به درصد رطوبت و (b) منحنی خوب ترسیم شده ای که از هان نتایج
واحدها
نتایج مربوط به آزمایشهای انجام شده در آزمایشگاه باید استفاده از یک سیستم واحد مشخص بیان و نوشته شوند .به این منظور می توان هم از سیستم بین المللی SI و هم سیستم انگلیسی استفاده کرد در زیر عناوین مورد نیاز و ضرایب تبدیل در دو سیستم مذکور ذکر شده اند .
جدول 1-1- ضرایب تبدیل
| |
انگلیسی |
بین المللی SI |
| طول |
In1 |
Mm 4/25 |
| Ft1 |
0/3048m |
| |
|
| مساحت |
1in2 |
10-4m2×6/4516 |
| |
6/4516cm2 |
| |
645/16mm2 |
| 1ft2 |
10-4m2×929 |
| |
92903mm2 |
| حجم |
1in3 |
16/387cm3 |
| 1ft3 |
0/028317cm3 |
| 1ft3 |
28/3168l |
| سرعت |
1f/sec |
304/8mm/sec |
| |
0/3048m/sec |
| 1ft/min |
5/08mm/sec |
| |
0/00508m/sec |
| نیرو |
1lb |
4/448N |
| تنش |
1lb/in2 |
6/9kn/m2 |
| 1lb/ft2 |
47/88N/m2 |
| وزن مخصوص |
1lb/ft3 |
157/06N/m3 |
| ضریب تحکیم |
1in2/sec |
6/452cm2/sec |
| 1ft2/sec |
929/03cm2/sec |
روش استاندارد انجام آزمایش
اکثر آزمایشگاه ها ، آزمایشهای لازم روی خاکها را بر اساس آئین نامه های زیر انجام میدهد
ASTM[1]
AASHTO[2]
روشها و وسایل لازم از یک آزمایشگاه به آزمایشگاه دیگر محتملاً مختصری تفاوت دارند ولی مفهوم اصلی در هر کدام یکی است روشهایی که در این کتاب ذکر می شود لزوماً‌عیناٌ بر اساس روشهای مذکور در دو آئین نامه فوق نیست البته برای دانشجو مقایسه بین ازمایشهای استاندارد و آزمایشهایی که در آزمایشگاه انجام می پذیرد مفید و سودمند خواهد بود.شماره هر آزمایش در دو آئین نامه مذکور در جدول زیر آورده شده است .