آزمایش برش برجا

آزمایش برش مستقیم برجا یا in situ direct shear test یکی از آزمایش های صحرایی ژئوتکنیک است.
این آزمایش با هدف به دست آوردن پارامترهای مقاومت برشی مثل فی و سی خاک انجام می‌شود.
برش مستقیم برجا مطابق استاندارد ASTM-D-4554 انجام می‌شود.
کاربرد اصلی این آزمایش، تحلیل تعادل حدی پایداری شیب ها و تحلیل پایداری پی سدها است.
در این نوشتار کوتاه، همه چیز در مورد تست برش برجا را به شما خواهیم گفت.

تجهیزات آزمایش مستقیم برش برجا

وسایل مورد نیاز برای انجام این تست صحرایی به چند دسته کلی تقسیم بندی می‌شود:

الف) ابزارهای آماده سازی نمونه

از این تجهیزات برای بریدن و قالب بندی خاک مورد استفاده قرار می گیرد.
مهم ترین تجهیزات برای آماده سازی نمونه عبارتند از:
سنگ بر
انواع مته ها
قلم
چکش
قالب با انواع سایزها و سختی‌های مختلف
ورق پهن
پوشش برای روی نمونه

ب) تجهیزات برای اعمال بار عمودی

برای اعمال نیروی عمودی، نیاز است از بار مرده و یا جک های هیدرولیکی استفاده شود.
اگر تصمیم دارید بار را به صورت بار مرده وارد کنید، لازم است یک گالری حفر نمایید.
گالری یک حفره در دل زمین است.
در شکل زیر یک گالری را مشاهده می کنید که تجهیزات آزمایش برش برجا در آن نصب شده است.

تجهیزات آزمایش برش برجا

این گالری به صورت افقی در یک گمانه عمودی حفر می‌شود.
در حفر گالری باید تدابیر امنیتی کافی لحاظ گردد.
چرا که ریزش گالری ممکن است منجر به جراحت یا حتی فوت اپراتور دستگاه شود.
اگر از جک هیدرولیکی استفاده می‌کنید، باید جک طوری باشد که بار کاملا ثابت بماند.
(حداکثر تغییرات بار، بیش از 2% نشود).

ج) تجهیزات برای اعمال نیرو برشی

برای اعمال نیروی افقی از جک های هیدرولیکی استفاده می‌شود.
این جک ها باید ظرفیت کل مناسبی داشته باشند.
حداقل جا‌به‌جایی بازوی جک هیدرولیکی، 70 میلی متر باشد.
پمپ هیدرولیکی نیز برای تنظیم فشار نیروی برشی نیاز است.
وسایلی جهت توزیع یکنواخت این نیروی برشی به کل نمونه لازم است.

د) ابزارهایی جهت اندازه گیری نیرو

برای اندازه گیری نیروی عمودی و نیروی برشی، نیاز به یک سری لودسل است.
ظرفیت سنجش این لودسل ها باید حداقل 2% بیشتر از حداکثر نیروی اعمالی باشد.

ه) تجهیزات اندازه گیری جا‌به‌جایی

در این آزمایش باید جا‌به‌جایی 8 نقطه از روی نمونه محاسبه و ثبت گردد.
برای ثبت و اندازه گیری میزان جا‌به‌جایی این نقاط باید از تجهیزاتی استفاده گردد.
شیوه های قدیمی استفاده از گیج‌های عقربه‌دار ساعتی قدیمی است.
اما امروزه از سیستم های اندازه گیری الکتریکی استفاده می‌شود.
این سیستم ها به صورت کنترل از راه دور عمل می کنند.
داده ها را به صورت اتوماتیک ثبت می کنند.
در هر حالت اگر از این سیستم ها برای جا‌به‌جایی برشی استفاده می‌شود، باید حداقل 70 میلی متر را ثبت کنند.
دقتی بیش از 0.1 میلی متر داشته باشند.
برای اندازه گیری جا‌به‌جایی قائم، حداقل حرکت 20 میلی متر و دقت بیش از 0.05 میلی متر باشد.

نحوه انجام آزمایش برش برجا

تست برش مستقیم برجا در چند مرحله صورت می گیرد.
راجع به هر مرحله به اختصار توضیحاتی ارائه می کنیم:

1- آماده سازی

در ابتدا لازم است نمونه خاک مد نظر را با ابعاد مناسب برش دهید.
ابعاد استاندارد برای انجام این آزمایش، مکعبی به اضلاع 70 در 70 در 35 سانتی متر است.
سپس یک لایه نازک از یک ماده ضعیف به صورت روکش روی نمونه می کشیم.
مثلا کف های پلی استر
این کار به این دلیل است که خاک صلبیت خود را در طول آزمایش حفظ نماید.
اگر لازم است فشار به سنگ های سخت مجاور منتقل شود، لازم است از پشت بندها برای حفظ آنها استفاده نمایید.

2- تحکیم

در این مرحله بارگذاری قائم بر روی نمونه اعمال می‌شود.
تمام طول مراحل بارگذاری قائم، میزان جا‌به‌جایی و نیروسنج ها قرائت شود.
در حین تحکیم آب موجود در خاک از آن خارج می‌شود.
بارگذاری تحکیمی را باید تا جایی ادامه داد که نرخ تغییرات جا‌به‌جایی در هر حسگر، کمتر از 0.05 میلی متر در ده دقیقه شود.

3- برش

در این بخش نیروی برشی به نمونه وارد می‌شود.
نیروی برشی باید به قدری باشد که میزان نرخ جا‌به‌جایی را کنترل و ثابت نگه دارد.
نرخ جا‌به‌جایی باید کمتر از 0.1 میلی متر در دقیقه باشد.
با ادامه این روند و ترسیم نمودار تنش کرنش در خاک، نمودار برش به دست می آید.
حداکثر مقدار تنشی که خاک تحمل کرده، مقاومت برشی نهایی است.
تنشی که با افزایش جا‌به‌جایی تغییر نمی کند، مقاومت برشی باقیمانده است.
هر دو این مقادیر در بخش برش آزمایش برش برجا به دست می آید.

محاسبات تست برش برجا

با داشتن اطلاعات حاصل از بخش تحکیم و برش، می توان فی و سی در خاک را به دست آورد.
چگونگی به دست آوردن پارامترهای مقاومت برشی، همانند آزمایش برش مستقیم آزمایشگاهی است.
محاسبات این آزمایش به صورت دستی، کاری سخت و دشوار است.
امروزه محاسبات آزمایش برش برجا با استفاده از نرم افزار صورت می‌گیرد.
برای دانلود این نرم افزار می توانید روی لینک زیر کلیک کنید:

قیمت آزمایش برش برجا

هزینه انجام این آزمایش در طول سال مختلف است.
در سال 1404 هزینه انجام هر تست برش برجا به همراه آزمایش بارگذاری صفحه، شصت میلیون تومان است.
همچنین بستگی به محل انجام آن و میزان سختی خاک محل دارد.
این آزمایش توسط پیمانکارهای مختلف ژئوتکنیکی انجام می‌شود.
برای اطلاع از قیمت ها می توانید به سایت بازار خاک، مراجعه نمایید.
این سایت نیازمندی‌های ژئوتکنیکی است.
قیمت تست برش برجا و سایر خدمات مکانیک خاک را در آن سایت خواهید یافت.

نکات مهم راجع به آزمایش برجا

1- در پروژه های با عمق گود بیشتر از 10متر، ضروری است دو آزمایش برجا انجام گردد.
در این راستا، یک آزمایش می‌بایست در تراز پی و آزمایش دیگر در 1/3 پایین عمق گود انجام گردد.
برای پروژه های با عمق گود بیش از 7 متر و کمتر از 10متر، انجام یک آزمایش برجا در 1/3 پایین گود کفایت می نماید.
2- تاکید می گردد که در آزمایش های برجا، صرفاً نمایش تجهیزات نصب شده آزمایش در گالری چاهک دستی کفایت نمی نماید.
می‌بایست مراحل انجام آزمایش برش برجا و بارگذاری صفحه بصورت ذیل در مستندسازی های صورت گرفته نمایش داده شود.
3- در آزمایش های برجا می‌بایست در ابتدا هر سه بلوک آزمایش تهیه شده در کف گالری قبل از قالب بندی و شروع آزمایش نمایش داده شوند.
سپس تجهیزات نصب شده، توزیع مناسب گیج ها، صفر کردن گیج ها، بارگذاری ها، قرائت ها، تغییرات گیج ها به ازای هر مرحله اعمال نیرو و برای هر سه بلوک آزمایش بصورت جداگانه نمایش داده شود.
4- در آزمایش بارگذاری صفحه، می‌بایست نصب تجهیزات، توزیع مناسب گیج ها، صفر کردن گیج ها، تراز بودن صفحه، بارگذاری ها، قرائت ها، تغییرات گیج ها به ازای هر مرحله اعمال نیرو بصورت مشخص و واضح نمایش داده شود.

در خصوص تست برش برجا سوالی دارید؟

اگر با مطالعه مطالب بالا سوالی در ذهنتان ایجاد شد یا به طور کلی پرسشی در خصوص آزمایش برش مستقیم برجا دارید، می توانید آن‌را در بخش دیدگاه ها و نظرات در زیر همین پست مطرح بفرمایید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه پاسخ شما را خواهند داد.