روش آزمایش استاندارد برای تعیین CBR (نسبت باربری کالیفرنیا) خاک ها در محل (صحرایی)
محدوده کاربرد
این روش آزمون برای تعیین نسبت باربری کالیفرنیای (CBR) صحرایی خاک آزمایش شده ، با مقایسه بار نفوذی خاک ، با بار نفوذی مصالح استاندارد کاربرد دارد. این روش به ارزیابی کیفیت نسبی خاک های بستر می پردازد. اما برای مصالح لایه زیراساس و برخی از مصالح لایه اساس نیز قابل استفاده است. این روش آزمون برای آزمایش های مصالح درجا طراحی شده و متناظر با روش آزمون ASTM D1883 است.
آزمایش CBR صحرایی در محل ، برای ارزیابی و طراحی اجزای روسازی های انعطاف پذیر مانند لایه های اساس و زیر اساس و بستر و سایر کاربرد ها (مانند راه های شوسه) که برای آن ها CBR یک پارامتر مقاومتی مطلوب است مورد استفاده قرار می گیرند.
شرح مختصری از روش آزمون CBR صحرایی
مراحل انجام آزمایش به صورت زیر است.
- سطح آزمایش باید صاف و عاری از مواد غیر هم جنس خاک مورد آزمایش باشد و در صورتی که با مصالح اساس غیر حضوری برخورد شود، باید دقت کرد تا سطح آزمایش دست خورده نشود. فواصل نقاط آزمایش از یکدیگر حداقل 7 اینچ برای خاک های خمیری و 15 اینچ برای خاک های درشت دانه می باشد.
- در صورت لزوم برای داشتن یک سطح هموار ، در حالی که بار نشاننده روی سنبه است ، صفحه سربار را بالا برده و به ضخامت 3 تا 6 میلیمتر روی سطح زیر صفحه مانند ماسه ریز دانه تمیز و به طور یکنواخت پهن می شود تا موجب توزیع یکنواخت وزن سربار گردد.
- کامیون با تجهیزات عکس العمل به اندازه کافی بارگذاری می شود تا عکس العملی تقریبا برابر 31 کیلونیوتن را تامین نماید و کامیون باید به یک تیر فلزی مناسب و رابط هایی در عقب به منظور تامین عکس العمل، جهت وارد آوردن نیرو به سنبه به داخل خاک مجهز باشد. رابط ها و سایر تدارکات باید طوری باشند که بتوان بار را از فنرهای عقب برداشته و آزمایش نفوذ بدون حرکت شاسی کامیون به سمت بالا انجام شود.
- دو جک از نوع کامیونی با ظرفیت 15 تن مورد نیاز است.
- بعد از استقرار کامیون و نصب جک مکانیکی سنبه ، جک های کامیون را زیر هر دو طرف کامیون که تیرک را نصب کرده ایم قرار داده و کامیون را بالا می بریم به طوری که هیچ وزنی روی فنرهای عقب باقی نماند.
- رابط های سنبه ، باید طوری وصل باشند که حدود 12.5 سانتی متر بالاتر از سطح موجود آزمایش قرار گیرند. سپس سنبه نفوذی را نصب کرده جک را در محل محکم نموده و سیستم تراز می شود.
- صفحه سربار 10 پوندی ، باید در زیر سنبه نفوذی و منطبق بر سوراخ قرار گیرد.
- سنبه تحت بار نفوذی 3 پوند بر اینچ مربع (21 مگاپاسکال) در جای خود نشانده می شود. برای مصالح اساس با سطح نامنظم سنبه روی لایه نازک آهکی (عبوری از الک نمره 20 و مانده روی الک نمره 40) یا مصالح گچ نشانده می شود.
- وزنه های سرباز به گونه ای به صفحه سربار اضافه می شود که بار واحد با شدت بار مصالح یا روسازی که بستر یا لایه اساس یا هردو قرار می گیرد برابر شود، به جز موجودی که حداقل وزن وارده آن بایستی به میزان صفحه سربار 10 پوندی به اضافه یک وزنه سربار برابر با 20 پوند باشد.
- گیج عقربه نفوذ سنج ، طوری به سنبه وصل می شود که عقربه روی پایه تیرک قرار گیرد.
- بهتر است آزمایش با دور کم انجام شود و تغییرات رینگ نیروسنج باید در هر 0.025 اینچ (0.52) میلیمتر افزایش نفوذ سنبه تا عمق نفوذ نهایی 0.5 اینچ یادداشت گردد. تنش برای هر افزایش نفوذ بر حسب درصد محاسبه می شود. در خاک های همگن غالبا ممکن است اعماق نفوذ بیشتر از 0.3 اینچ حذف گردند.
- بعد از آزمایش نمونه ای از نقطه نفوذ جهت تعیین درصد رطوبت اخذ می شود به علاوه اینکه در فاصله ای در حدود 4 تا 6 اینچ از نقطه نفوذ بایستی وزن مخصوص طبیعی از آزمایش چاله دانسیته تعیین می گردد.
محاسبات
منحنی تنش – نفوذ
تنش نفوذی برای هر افزایش نفوذ ، با تقسیم نیروی اعمال شده بر مساحت سنبه محاسبه می شود. منحنی تنش در مقابل نفوذ ، برای هر افزایش نفوذ به صورت نمودار زیر ترسیم می شود.
بر برخی موارد ممکن است به دلیل ناهمواری های سطحی یا علل دیگر منحنی تنش – نفوذ در ابتدا دارای تعقر به بالا باشد و در برخی موارد لازم است که نقطه صفر به صورتی که در نمودار نشان داده شده است تنظیم گردد.
CBR صحرایی
با استفاده از مقادیر تنش تصحیح شده حاصل از منحنی تنش – نفوذ برای نفوذ های 0.1 اینچ (2.54 میلیمتر) و 0.2 اینچ (5.08 میلیمتر) نسبت های باربری برای هر نفوذ با تقسیم تنش های تصحیح شده بر تنش استاندارد 1000 پوند بر اینچ مربع 6.9 مگاپاسکال و 1500 پوند بر اینج مربع (10.3 مگاپاسکال) و ضرب در 100 محاسبه می شوند. همچنین در صورتی که نفوذ کمتر از 0.2 اینچ باشد. نسبت های باربری برای تنش حداکثر محاسبه می شوند که در این صورت تنش استاندارد با درونیابی به دست می آید و معمولا نسبت باربری در نفوذ 0.1 اینچ (2.54 میلیمتر) به عنوان CBR مخلوط خاک گزارش می شود. زمانی که نسبت باربری در نفوذ 0.2 اینچ (5.08 میلیمتر) یا در نفوذ حداکثر در صورتی که کمتر از 0.2 اینچ باشد بزرگتر باشد آزمایش تکرار می شود. اگر در آزمایش کنترلی نیز نتایج مشابهی حاصل گردد آنگاه نسبت باربری تعیین شده در نفوذ 0.2 اینچ یا نفوذ حداکثر به عنوان CBR در نظر گرفته می شود.
منابع
راهنمای جامع آزمایشگاه مکانیک خاک ، مهندسی خاک و ژئوتکنیک نوشته مهندس داریوش مرادی