دستگاه سه محوری

جک بارگذاری دستگاه سه محوری خاک :
این دستگاه شامل یک صفحه متحرک بارگذاری و همچنین لودسل نمایش نیرو می باشد .

سرعت بارگذاری یکنواخت و قابل تنظیم از ۰٫۰۱ تا ۶ میلیمتر بر دقیقه می باشد . نمایش نیروی وارده به صورت دیجیتال بوده و با دقت ۱۰۰ گرم روی نمایشگر دیجتال می باشد . دستگاه با طراحی ویژه ، از ارتعاشات حرکتی تا حد ممکن جلوگیری می کند . همچنین با استفاده از دو میکروسوئیچ کورس حرکتی محدود می شود . اعمال نیرو از طریق موتور سروو الکتریکال DC تامین می گردد . صفحه نمایشگر و دکمه های دستگاه بر روی صفحه جلویی پنل قرار گرفته که شامل حرکت سریع و آهسته بالا و پائین و همچنین دکمه توقف کامل می باشد .

سل سه محوری (محفظه فشار) :
​

سل اساسا یک محفظه از جنس پلی کربنات شفاف یا پلکسی گلاس است که دو صفحه آلومنیومی از بالا و پائین توسط میله های رابط بسته شده است . یک پیستون از قسمت تحتانی سلول وارد آن شده است که قابلیت حرکت به سمت داخل یا بیرون را بصورت کاملا آبند ایجاب می کند . این سلول پایگاه ورودی چهار نیرو از بیرون می باشد .

تامین کننده فشار جانبی نمونه
تامین کننده فشار تحتانی نمونه
تامین کننده فشار بالایی نمونه
تامین کننده فشار بار قائم بر روی نمونه توسط پیستون
سل سه محوری شامل غشا لاستیکی ، سنگ تخلخل و همچنین پلیت های ضد زنگ بالا و پایین نیز می باشد

سل سه محوری بگونه ای طراحی شده است که عملیات جداسازی و مونتاژ سل سریع و آسان انجام می شود .

تشریح کامل آزمایش سه محوری خاک
هدف از انجام آزمایش سه محوری :

آزمایش سه محوری خاک یکی از بهترین روشها برای اندازه گیری خواص مکانیکی از جمله تعیین پارامترهای مقاومت برشی خاک می باشد ، آزمایش سه محوری نسبت به آزمایش های دیگر روش پیچیده تر و قابل اعتمادتری برای تعیین مقاومت برشی خاک ها می باشد .

تفاوت آزمایش سه محوری و برش مستقیم خاک : دلیل اعتماد آزمایش سه محوری نسبت به برش مستقیم این است که در آزمایش برش مستقیم خاک به اجبار از محل درز بین دو قسمت جعبه گسیخته می شود ولی در آزمایش سه محوری خاک از محل ضعیفترین صفحه خود گسیخته می شود .

آزمایش سه محوری به سه شکل به شرح ذیل انجام می گیرد :

درحالت تحکیم یافته زهکشی شده ( CD )
درحالت تحکیم یافته زهکشی نشده( CU )
درحالت تحکیم نیافته زهکشی نشده( UU )

روند کلی آزمایش سه محوری خاک به این روال است که نمونه خاک متراکم شده ( معمولا ارتفاع آن دو برابر قطر آن است ) درون محفظه ای قرار گرفته و سپس تحت تاثیر یک فشار همه جانبه قرار می گیرد که دراین حالت اگر قصد تحکیم نمونه را داشته باشیم شیرهای خروج آب باز نگداشته می شود تا نمونه تحکیم شود و فشار منفذی به صفر برسد . پس از این مرحله با اعمال بار عمودی نمونه به گسیختگی می رسد دراین حالت اختلاف بار قائم و بار همه جانبه که به تنش انحرافی معروف است باعث گسیختگی نمونه می شود درصورتی که قصد زهکشی نمونه وجود داشته باشد در این مرحله نیز شیرهای خروج آب باز نگه داشته می شود .

این آزمایش نیز با فشارهای جانبی مختلف انجام می شود سپس دوایر موهر حاکم بر هرکدام از آزمایش ها در یک دستگاه مختصات ترسیم شده و پوش این دوایر رسم می شود ، شیب این خط زاویه اصطکاک داخلی خاک وعرض از مبداء آن چسبندگی خاک می باشد .

همچنانکه در توضیحات آزمایش برش مستقیم گفته شد . این آزمایش هم بر اساس تئوری موهر کلمب قرار دارد با این تفاوت که این آزمایش تشابه بسیار زیادی با رفتار خاک در محل داشته و گسیختگی در ضعیفترین سطح اتفاق می افتد .

در این آزمایش ، فشار همه جانبه نماینده فشار جانبی خاک در محل واقعیش است و معمولا معادل مقدار تقریبی K0γz انتخاب می شود که K0 ضریب فشار جانبی خاک در حالت سکون γ وزن مخصوص المان خاک و z عمق المان در این آزمایش است . در این آزمایش نمونه أی از خاک با مشخصات استاندارد برداشته شده. یک غشاء ظریف و نازک دور آن کشیده می شود و سپس در داخل محفظه استوانه شکلی از جنس پلاستیک یا شیشه که معمولا مملو از آب یا گلیسیرین است . قرار می گیرد ( البته گاهی نیز از هوا استفاده می شود ) برای آنکه نمونه تحت برش گسیخته شود . یک تنش محوری از طریق یک بازوی قائم که برای اعمال بار نصب شده، به نمونه اعمال می شود . این تنش ، تنش انحرافی نام دارد .

به طور کلی آزمایش‌ها به دو صورت انجام می‌گیرد :

کنترل تنش ( با اضافه کردن وزنه‌هایی با گام مساوی تا لحظه گسیختگی نمونه )
کنترل کرنش ( اعمال تغییر شکل با سرعت ثابت به وسیله پرس هیدرولیک تا لحظه گسیختگی نمونه )
در این روش مقدار بار محوری وارده مربوط به یک تغییر شکل محوری مشخص با یک حلقه یا سلول اندازه‌گیری نیرو که بر روی بازوی دستگاه نصب شده است ، اندازه‌گیری می‌شود .

◄ انواع آزمایش سه محوری :
نوع آزمایش سه محوری که باید انجام شود ، بستگی به نوع و چگونگی مسالح مورد مطالعه دارد . در آزمایشگاه های مکانیک خاک معمولا آزمایش های سه محوری زیر صورت می‌گیرند :

آزمایش CD بر روی خاک های دانه‎ای ( ماسه‌ها ) برای بررسی رفتار دراز مدت خاک های چسبنده

آزمایش های UU و CU در شرایط اشباع همراه با اندازه‌گیری فشار منفذی برای بررسی رفتار خاک های ریزدانه در شرایط زهکشی نشده

آزمایش UU در شرایط نیمه اشباع جهت بررسی رفتار خاکریز حین ساخت

آزمایش های سه محوری بسته به اینکه شیر خروج جریان منفذی باز یا بسته باشد به سه صورت انجام می‌گیرد:

۱- آزمایش زهکشی نشده ، تحکیم نیافته ( UU ) : این آزمایش در شرایطی انجام می شود که شیر زهکشی در تمام مراحل بسته است و آزمایش بلافاصله بعد از نصب سلول فشار آغاز می شود . مورد استفاده آن مثلا در پایداری کوتاه مدت شیب ها است.

۲- آزمایش زهکشی نشده ، تحکیم یافته ( CU ) : از این آزمایش برای مدل کردن شرایط پایداری سدهای خاکی در زمانی که آب پشت سد بسرعت تخلیه شود و سد در مرحله دوم فرصت کافی برای زهکشی نداشته باشد .

۳- آزمایش زهکشی شده ، تحکیم یافته ( CD ) : بر روی خاک های دانه ای یا پایداری دراز مدت شیب ها و زمین زیر ساختمان ها بکار می‌رود .

وسایل مورد نیاز دستگاه سه محوری شامل :

دستگاه چرخ‌دنده با ایستگاه های مختلف جهت سرعت های کم و زیاد
یک قاب بالائی که رینگ ثبت نیرو و تغییر شکل بر روی آن قرار دارد
سلول که با سه گیره محکم می‌شود و شامل استوانه آلومنیمی زیر نمونه و بالای نمونه است
غشاء پلاستیکی
لوله جهت داخل کردن نمونه در غشاء
ترازو با دقت ۱/۰ گرم
نمونه گیرهای مختلف
جک و سر جک جهت بیرون آوردن نمونه
کاردک

◄ روش آزمایش تحکیم نیافته زهکشی نشده (سریع UU یا Q)

ابتدا به وسیله جک نمونه گیر را داخل لوله خاک ( این لوله خاک قبلا به وسیله دستگاه حفاری از محل مورد نظر برداشته شده و به آزمایشگاه آورده شده‌است . ) کرده و پس از صاف کردن سروته آن ، نمونه مورد آزمایش را از داخل نمونه گیر خارج می‌کنیم ( برای خاک چسبنده و ریز دانه ) از این نوع نمونه حداقل سه عدد تهیه می‌نماییم .
برای خاک دانه أی می‌توان در قالب های مخصوص خاک را ریخته و متراکم کرده تا به تراکم در محل برسد و سپس نمونه را داخل غشاء ریخته و متراکم کرده تا به تراکم در محل برسد و سپس نمونه را داخل غشاء گذاشت . برای خاک های غیر حساس هم می‌توان نمونه را دوباره سازی نمود .
برای تعیین درصد رطوبت نمونه برداشته و در فر می‌گذاریم ( ۲۴ ساعت در دمای ۱۰۵ درجه سانتیگراد )
نمونه را دقیقه وزن کرده و ابعاد آنرا اندازه می‌گیریم .
نمونه را بوسیله قالب مخصوص و دستگاه خلا داخل غشاء لاستیکی می‌گذاریم .
نمونه را دقیقا در محل خود قرار داده ، سلول را روی آن گذاشته و گیره‌های سلول را می‌بندیم .
از سوراخ بالای سلول آنرا بنحوی پر از آب می‌کنیم که هوائی داخل سلول نماند .
سپس پیچ سوراخ آب را بسته و میله بالای سلول را پایین می‌آوریم تا بین استوانه زیر رینگ و قاب زیرین تماس برقرار شود .
بعد از تراز کردن دستگاه فشار جانی را که توسط سیستم جیوه و آب و لوله‌های مرتبط تامین می‌شود بر نمونه وارد می‌‌کنیم . این عمل با باز کردن شیر آب انجام می‌شود .
آنگاه دستگاه را روشن کرده تا با سرعت یک میلی متر بر دقیقه بالا آمده و اندازه‌گیر نیرو شروع به حرکت نماید . در این حالت دستگاه را خاموش کرده و پس از صفر کردن دو اندازه‌گیر و تغییر شکل دستگاه را مجددا روشن می‌کنیم .
در هر دور تغییر شکل میزان نیرو را می‌خوانیم .
قرائت اندازه گیر نیرو همان نیرو در لحظه فوق الذکر است که اگر به سطح متوسط تقسیم شود (۳ σ σ۱- ) خواهد بود . این عمل ادامه پیدا می‌کند تا نمونه شکسته یعنی اندازه گیر نیرو برگردد یا نمونه خمیری شود که نقطه شکست ۲۰ درصد تغییر شکل نمونه خواهد بود .
این عمل را با فشارهای جانبی مختلف برای سه نمونه انجام داده و نتایج را برای هر نمونه یادداشت می‌کنیم .
پس از اتمام آزمایش نمونه را درآورده و وزن می‌کنیم . نباید افزایش وزن داشته باشد .

◄ آزمایش تحکیم یافته زهکشی نشده (سریع CU یا R )

ابتدا فشار جانبی را به آرام آرام وارد نموده و شیر زهکشی را باز می‌گذاریم تا آب خارج شود و نمونه به ۱۰۰ درصد تحکیم برسد.
آنگاه شیر زهکشی بسته می‌شود . تا این لحظه فشار تماما موثر می‌باشد .
سپس فشار محوری را وارد می‌نمائیم تا نمونه بشکند .

آزمایش تحکیم یافته زهکشی شده (سریع CD یا S )

در تمام مدت آزمایش شیر زهکشی باز است . یعنی هم ۳ σ و هم σ۱ فشارهای موثر خواهند بود . از این آزمایش بعنوان تحکیم نمونه نیز می‌توان استفاده کرد ولی این عمل برای خاک های ریز دانه خیلی طول می‌کشد . اشباع کردن نمونه اگر اشباع نباشد مشابه تحکیم در همان فشار همه جانبه معادل فشار جانبی وارده در محل اتفاق می‌افتد .

سایر مشخصات :

جهت آزمایشهای CU ,CD , UU
با قابلیت آزمایش برای نمونه های ۳۸و۵۰ میلیمتر
ظرفیت صفحه بارگذاری ۲۰۰۰ کیلوگرم
سرعت صفحه بارگذاری از ۰۵/۰ تا ۳ میلیمتر بر دقیقه قابل تنظیم میباشد
دستگاه مجهز به پیستون بارگذاری رینگ سل سه محوری و گیج می‌باشد برق ورودی دستگاه تکفاز ۲۲۰ ولت و ۵۰ هرتز میباشد
قطر صفحه بارگذاری ۱۲۰ میلیمتر
مجهز به منبع تامین هوای فشرده (کمپرسور هوا) ۶۰ – ۸۰ لیتری
سل سه محوری ۳۸ و ۵۰ میلیمتر –
سل مخزن فشار آب
مایع رنگی تغییر حجم سه محوری
غشاء سه محوری ۳۸ و ۵۰ میلیمتر
و لوازم یدکی