برنامه های درس مکانیک خاک و پی
برنامه های درس مکانیک خاک و پی شامل موارد زیر است:
ﺟﻌﺒﻪ ﺑﺮﺷﻲ ﻛﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺧﺎك در داﺧﻞ آن ﻗﺮار دارد، در داﺧﻞ ﻣﺤﻔﻈﻪ اي ﺟﺎي ﻣﻲ ﮔﻴﺮد ﻛﻪ ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺮاي اﺷﺒﺎع ﻧﻤﻮدن ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺎ آب ﭘﺮ ﺷﻮد. ﻳﻚ آزﻣﺎﻳﺶ زﻫﻜﺸﻲ ﺷﺪه ﺑﻪ آزﻣﺎﻳﺸﻲ ﮔﻮﻳﻨﺪ ﻛﻪ در آن ﺳﺮﻋﺖ ﺑﺎرﮔﺬاري روي ﻧﻤﻮﻧﻪ آﻧﻘﺪر ﭘـﺎﻳﻴﻦ اﺳـﺖ ﻛـﻪ اﺟـﺎزه زﻫﻜﺸﻲ و زاﻳﻞ ﺷﺪن ﻓﺸﺎر آب ﺣﻔﺮه اي اﺿﺎﻓﻲ ﺑﻪ وﺟﻮد آﻣﺪه در ﻧﻤﻮﻧﻪ، داده ﻣﻲ ﺷﻮد. آب ﺣﻔﺮه اي ﻧﻤﻮﻧـﻪ از ﻃﺮﻳـﻖ دو ﺳـﻨﮓ ﻣﺘﺨﻠﺨﻞ واﻗﻊ در ﺑﺎﻻ و ﭘﺎﻳﻴﻦ آن زﻫﻜﺸﻲ ﻣﻲ ﺷﻮد.
از آﻧﺠﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺿﺮﻳﺐ ﻧﻔﻮذ ﭘﺬﻳﺮي ﻣﺎﺳﻪ ﺑﺎﻻﺳﺖ، ﻓﺸﺎر آب ﺣﻔﺮه اي اﻳﺠﺎد ﺷﺪه ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ ﺑﺎرﮔﺬاري (ﻗـﺎﺋﻢ و ﺑﺮﺷـﻲ) ﺳـﺮﻳﻌﺎً زاﻳﻞ ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﺑﺮاي ﺳﺮﻋﺘﻬﺎي ﺑﺎرﮔﺬاري ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ، اﺳﺎﺳﺎً ﺷﺮاﻳﻂ زﻫﻜﺸﻲ ﻛﺎﻣﻞ ﺑﺮﻗﺮار اﺳﺖ. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ زاوﻳـﻪ اﺻـﻄﻜﺎك φ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه از ﻳﻚ آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ زﻫﻜﺸﻲ ﺷﺪه ﺑﺮ روي ﻳﻚ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻣﺎﺳﻪ اﺷﺒﺎع، ﺑﺎ ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣـﺪه ﺑـﺮاي ﻫﻤـﺎن ﻧﻤﻮﻧﻪ در ﺣﺎﻟﺖ ﺧﺸﻚ ﻳﻜﺴﺎن اﺳﺖ.
در ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺑﺎ ﻣﺎﺳﻪ، ﺿﺮﻳﺐ ﻧﻔﻮذ ﭘﺬﻳﺮي رس ﺧﻴﻠﻲ ﻛﻮﭼﻚ اﺳﺖ. وﻗﺘﻲ ﻛﻪ ﻳﻚ ﺑﺎر ﻗﺎﺋﻢ ﺑﺮ روي ﻳﻚ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺧﺎك رﺳﻲ وارد ﻣﻲ ﺷﻮد، ﺑﺮاي ﺗﺤﻜﻴﻢ ﻛﺎﻣﻞ (ﻳﻌﻨﻲ زاﻳﻞ ﺷﺪن ﻛﺎﻣﻞ ﻓﺸﺎر آب ﺣﻔﺮه اي) زﻣـﺎن ﻛـﺎﻓﻲ ﺑﺎﻳـﺪ در اﺧﺘﻴـﺎر ﺑﺎﺷـﺪ. ﺑـﻪ ﻫﻤـﻴﻦ ﻋﻠـﺖ ﺑﺎرﮔﺬاري ﺑﺮﺷﻲ ﺑﺎﻳﺪ ﺑﺎ ﺳﺮﻋﺖ آﻫﺴﺘﻪ اي اﻋﻤﺎل ﮔﺮدد. آزﻣﺎﻳﺶ ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ 2 ﺗﺎ 5 روز ﻃﻮل ﺑﻜﺸﺪ. ﺷـﻜﻞ 8-9 ﻧﺘـﺎﻳﺞ آزﻣـﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ زﻫﻜﺸﻲ ﺷﺪه را ﺑﺮ روي ﻧﻤﻮﻧﻪ رس ﭘﻴﺶ ﺗﺤﻜﻴﻢ ﻳﺎﻓﺘﻪ ﻧﺸﺎن ﻣـﻲ دﻫـﺪ. ﺷـﻜﻞ 8-10 ﻧﻴـﺰ ﻧﺸـﺎن دﻫﻨـﺪه ﻧﻤـﻮدار ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ τfدر ﻣﻘﺎﺑﻞ ′ σ ﺣﺎﺻﻞ از ﻳﻚ ﺗﻌﺪاد آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ زﻫﻜﺸﻲ ﺷﺪه ﺑﺮ روي رس ﻋـﺎدي ﺗﺤﻜـﻴﻢ ﻳﺎﻓﺘـﻪ در ﺣﺎﻟﺖ زﻫﻜﺸﻲ ﺑﺮ روي رس ﻋﺎدي ﺗﺤﻜﻴﻢ ﻳﺎﻓﺘﻪ و ﭘﻴﺶ ﺗﺤﻜﻴﻢ ﻳﺎﻓﺘﻪ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ . ﺗﻮﺟﻪ ﺷﻮد ﻛﻪ ′ σ = σ و ﺑﺮاي رس ﻋﺎدي ﺗﺤﻜﻴﻢ ﻳﺎﻓﺘﻪ، در ﺣﺎﻟﺖ زﻫﻜﺸﻲ ﺷﺪه 0 ≅ c اﺳﺖ.
آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ از ﻧﻘﻄﻪ ﻧﻈﺮ اﺟﺮاﻳﻲ ﻧﺴﺒﺘﺎً ﺳﺎده اﺳﺖ، ﻟﻴﻜﻦ داراي ﭼﻨﺪ ﻋﻴﺐ ذاﺗـﻲ ﻣـﻲ ﺑﺎﺷـﺪ و ﻗﺎﺑﻠﻴـﺖ اﻋﺘﻤـﺎد ﻧﺘـﺎﻳﺞ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه، ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ زﻳﺮ ﺳﻮال رود. اﻳﻦ ﻣﺴﺌﻠﻪ ﻧﺎﺷﻲ از آن اﺳﺖ ﻛﻪ در آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ اﺟـﺎزه داده ﻧﻤـﻲ ﺷـﻮد ﻛـﻪ ﺧﺎك در اﻣﺘﺪاد ﺿﻌﻴﻒ ﺗﺮﻳﻦ ﺻﻔﺤﻪ ﮔﺴﻴﺨﺘﻪ ﺷﻮد و ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ اﺟﺒﺎراً در ﺻﻔﺤﻪ ﺟﺪاﻳﻲ دو ﻧﻴﻤﻪ ﻓﻮﻗﺎﻧﻲ و ﺗﺤﺘﺎﻧﻲ ﺟﻌﺒـﻪ ﺑـﺮش رخ ﻣﻲ دﻫﺪ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺗﻮزﻳﻊ ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ در روي ﺳﻄﺢ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ ﻳﻜﻨﻮاﺧﺖ ﻧﻴﺴﺖ. ﻋﻠﻴﺮﻏﻢ اﻳﻦ ﻋﻴﻮب، آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ، ﺳﺎده ﺗﺮﻳﻦ و اﻗﺘﺼﺎدي ﺗﺮﻳﻦ آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮاي ﺧﺎﻛﻬﺎي ﻣﺎﺳﻪ اي ﺧﺸﻚ و اﺷﺒﺎع اﺳﺖ.
در ﻣﻮاردي از ﻣﺴﺎﺋﻞ ﻃﺮاﺣﻲ، ﺗﻌﻴﻴﻦ زاوﻳﻪ اﺻﻄﻜﺎك ﺑﻴﻦ ﺧﺎك و ﺳـﻄﺢ زﻳـﺮﻳﻦ ﺷـﺎﻟﻮده ﻻزم ﻣـﻲ ﮔـﺮدد (ﺷـﻜﻞ 8-11). ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺷﺎﻟﻮده اﻏﻠﺐ ﺑﺘﻦ اﺳﺖ، ﻟﻴﻜﻦ در ﻣﻮاردي ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ ﻓﻮﻻد و ﻳﺎ ﭼﻮب ﻧﻴﺰ ﺑﺎﺷﺪ. ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷـﻲ در اﻣﺘـﺪاد ﻓﺼـﻞ ﻣﺸـﺘﺮك ﺷﺎﻟﻮده و ﺧﺎك ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ ﻃﺒﻖ راﺑﻄﻪ زﻳﺮ ﺗﻌﺮﻳﻒ ﺷﻮد:
τf = ca + σ ′ tan δ
ﻛﻪ در آن:
ca = ﭼﺴﺒﻨﺪﮔﻲ
δ = زاوﻳﻪ اﺻﻄﻜﺎك ﺑﻴﻦ ﺧﺎك و ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺷﺎﻟﻮده
ﺗﻮﺟﻪ ﺷﻮد ﻛﻪ راﺑﻄﻪ ﻓﻮق ﺷﺒﻴﻪ ﺑﻪ راﺑﻄﻪ 8-2 اﺳﺖ. ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎي ﺑﺮﺷﻲ ﺑﻴﻦ ﺧﺎك و ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺷﺎﻟﻮده ﺑﻪ راﺣﺘﻲ ﺗﻮﺳﻂ آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻌﻴﻴﻦ اﺳﺖ. اﻳﻦ ﻛﺎر از ﻣﺰاﻳﺎي ﺑﺰرگ آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ اﺳﺖ. ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﻜﻞ 8-12، در ﭼﻨﻴﻦ آزﻣﺎﻳﺸﻲ، ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺷﺎﻟﻮده در ﻗﺎﻟﺐ ﺗﺤﺘﺎﻧﻲ و ﺧﺎك در ﻗﺎﻟﺐ ﻓﻮﻗﺎﻧﻲ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ و آزﻣﺎﻳﺶ ﻃﺒﻖ روش ﻣﻌﻤﻮل اﻧﺠﺎم ﻣﻲ ﺷﻮد.
ﺷﻜﻞ 8-13 ﻧﺸﺎن دﻫﻨﺪه ﻧﺘﺎﻳﺞ ﭼﻨﻴﻦ آزﻣﺎﻳﺸﻲ ﺑﺮ روي ﻣﺎﺳﻪ ﻛﻮارﺗﺰي و ﺑﺘﻦ، ﭼﻮب و ﻓﻮﻻد ﺑﻪ ﻋﻨـﻮان ﻣﺼـﺎﻟﺢ ﺷـﺎﻟﻮده ﺑـﺎ ﺗﻨﺶ ﻗﺎﺋﻢ σ ′ = 100 kN/m2 ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. ﺷﻜﻞ 8-14 ﻧﺘﺎﻳﺞ آزﻣﺎﻳﺶ ﻓﻮق را ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺗﺎﺑﻌﻲ از ′ σ ((c a = 0 ، ﺑﺎ ﺗﺮاﻛﻢ ﻧﺴﺒﻲ 45 درﺻﺪ ﺑﺮاي ﻣﺎﺳﻪ، ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ. ﻣﻼﺣﻈﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺑﺎ اﻓﺰاﻳﺶ ﺗﻨﺶ ﻗﺎﺋﻢ ′ σ ، ﻣﻘﺎدﻳﺮ δ و φ ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ. ﻋﻠﺖ اﻳﻦ اﻣـﺮ ﺑﺎ ﻣﺮاﺟﻌﻪ ﺑﻪ ﺷﻜﻞ 8-14 ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻴﻪ اﺳﺖ. در ﺑﺨﺶ 8-2 و ﺷﻜﻞ 8-1، ﺗﺬﻛﺮ داده ﺷﺪ ﻛﻪ ﭘﻮش ﺷﻜﺴـﺖ ﻣـﻮر در واﻗﻌﻴـﺖ ﺑـﻪ ﺻﻮرت ﻣﻨﺤﻨﻲ اﺳﺖ و رواﺑﻂ ارائه شده ﺗﻘﺮﻳﺒﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ. اﮔﺮ ﻳـﻚ آزﻣـﺎﻳﺶ ﺑـﺮش ﻣﺴـﺘﻘﻴﻢ ﺑـﺎ (1)′ σ ′ = σ اﻧﺠـﺎم ﺷـﻮد، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ ﺑﻪ ﺻﻮرت τf(1) ﺑﻪ دﺳﺖ ﻣﻲ آﻳﺪ. در ﻧﺘﻴﺠﻪ
اﻳﻦ ﻣﻘﺪار در ﺷﻜﻞ 8-15 ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺑﻪ روش ﻣﺸﺎﺑﻪ، اﮔﺮ آزﻣﺎﻳﺸﻲ ﺑﺎ (2 (′ σ ′ = σاﻧﺠﺎم ﺷﻮد، ﺧﻮاﻫﻴﻢ داﺷﺖ:
در ﺷﻜﻞ 8-15 ﻣﻲ ﺗﻮان ﻣﻼﺣﻈﻪ ﻧﻤﻮد ﻛﻪ ﺑﺮاي σ ′(2) > σ'(1) ﻣﻘﺪار δ2 < δ1اﺳﺖ. ﺑﺎ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ اﻳﻦ ﻣﺴﺌﻠﻪ ﻣﻲ ﺗﻮان ﻧﺘﻴﺠﻪ ﮔﺮﻓﺖ ﻛﻪ ﻣﻘﺎدﻳﺮ φ اراﺋﻪ ﺷﺪه در ﺟﺪول 8-1، ﻣﻘﺎدﻳﺮ ﻣﺘﻮﺳﻂ ﻫﺴﺘﻨﺪ.