عمار جابر
01-08-2009, 07:51 PM
مقاومة التربة للقص
Shear strength of soil
يعرف إنهيار التربة بالقص بأنه إنزلاق لكتلة محدودة من التربة علي جزء ثابت من الارض .
للتربة مقاومة للقص وللمقاومة حد اقصي ويجب الا يصل الإجهاد علي التربة إلي الحد الذي يتغلب علي المقاومة .
بل يجب ان يكون اقل منها بمعامل امان كاف (2 علي الأقل ).
معامل الامان = مقاومة التربة القصوي للإنهيار بالقص
الإجهاد الذي يسبب القص للتربة
تعرف مقاومة التربة للقص بانها أقصي إجهاد مقاوم لشكل قصي مستمر مؤثر علي حبيبات أو كتلة التربة.
تتكون مقاومة التربة للقص من المركبات التالية:
المقاومة الناتجة من تشابك وتداخل حبيبات التربة.
مقاومة الاحتكاك المتولدة بين أسطح الحبيبات (رملية).
التماسك او التلاصق بين حبيبات التربة.
ليس بالضرورة ان تتواجد تلك المركبات الثلاث مجتمعة لجميع انواع التربة فبينما نجد المركبتين الاولي والثانية تزيد في التربة ارملية عديمة التماسك تنعدم المركبة الثالثة.
في حين أن المركبة هي الاهم في مقاومة التربة الطينية التي تتلاصق مع بعضها بمساعدة الرطوبة.
أنواع القص في التربة:
يحدث القص في التربة في واحدة من الحالات التالية:
قص احادي single shear
فيه يكون القص او الازاحة مؤثر علي سطح واحد وغالبا ما يكون سطح مستوي
قص ثنائي Double shear
فيه يكون القص مؤثرا علي سطحين
قص إختراق Punch shear
فيه يحدث القص علي مجموعة من الأسطح الجانبية التي تأخذ شكل القاعدة
قص لي
Torsional shear
فيه يحدث القص علي سطح أسطواني نتيجة دوران مروحة أو جسم رقيق حول محور
بالرغم من هذه الانواع المختلفة ولكن في الطبيعة فإن غالبية تطبيقات القص تكون في صورة القص الاحادي.
المقاومة الاحتكاكية
اكبر قوة مقاومة لحركة الحبيبات المنزلقة في بعضها البعض فعند تاثير قوة راسية علي حبيبات تربة لتحريكها فهنالك مقاومة من قوة كانبية مماسة لسطح الإنزلاق او التلامس بين الحبيبات.
عندما تبدأ الحبيبات المتلامسة في التزحلق تكون النسبة T/N قد وصلت لأقصي قيمة لها وتسمي معامل الإحتكاك Friction وهي تساوي ظل زاوية الإحتكاك .
Ø هي زاوية الإحتكاك الداخلية بين حبيبات التربة.
قيمة هذه الزاوية في التربة الرملية 10-45 في التربة الزراعية 5-25 وتسمي بزاوية التربة للقص.
أوجد العالم كولوم علاقة خطية بين القوة الرأسية المؤثرة وبين إجهاد المقاومة في التربة , حيث نص قانون كولوم بان مقاومة للقص تتناسب مع الإجهاد العمودي للتربة.
t a s
t = c + s tan Ø
حيث أن
t : قوة التربة المقاومة للقص
c : إجهاد التماسك (ثابت)
s : الإجهاد الراسي المؤثر
Ø : زاوية الإحتكاك أو زاوية مقاومة القص
قوي المقاومة يمكن تقسيمها الي مركبتين رئيستين الأولي لا تعتمد علي قيمة s وتمثل قوة التماسك c)) بينما الثانية تمثل قوي الاحتكاك والتشابك بين الحبيبات وهي تعتمد علي قيمة s وتتناقص متناسبة مع قيمته.
عليه فإن العلاقة بين اجهاد القص t والإجهاد العمودي s وليس الإجهاد الكلي فالعبرة بما تحمله الحبيبات وليست التربة ككل.
في التربة الطينية النقية تكون مقاومة القص مساوية لقوة التماسك فقط بغض النظر عن الإجهاد العمودي s .
في حالة التربة الرملية النقية الجافة ينعدم اي التصاق او تماسك بين الحبيبات حيث تبقي زاوية الاحتكاك التي تتغير مع وسمك التربة والمحتوي المائي في التربة الزراعية خليط من الرملية والطينية بنسب مختلفة وعليه فإن قوي المقاومة للقص تعتمد علي قوي التماسك والاحتكاك.
قوة التماسك وزاوية الاحتكاك صفات للتربة وقيمتها ثابتتان ولذلك فإن مقاومة القص تعتمد علي الاجهاد العمودي.
في التربة الرملية تزداد مقاومة الاحتكاك مع ازدباد الاجهاد العمودي علي سطح الانزلاق اما في التربة الطينية فان قوة التماسك لا تعتمد علي الاجهاد العمودي فهي صفةى تعتمد علي التجاذب والتماسك حسب التركيب البلوري للحبيبات وكبر مساحتها السطحية وعلي التركيب الكيميائي.
تحديد مقاومة التربة للقص معمليا
تجربة القص المباشر Direct shear test
الغرض من هذه التجربة تحديد الاجهاد الاقصي للقص المناظر لاجهاد عمودي علي مستوي القص الذي يحدد مسبقا.
يستخدم في التجربة صتدوق من الصلب مشطور الي نصفين وبدون غطاء يسمي صندوق القص.
حيث توضع العينة داخل الصندوق ويؤثر عليها بحمل عمودي عن طريق غطاء معدني سميك لا يمس جدران الصندوق ومن ثم يتم تحديد الاجهاد الراسي علي مستوي القص النجدد مسبقا بنصفي الصندوق.
يتم وضع اثقال علي الكفة المعلقة بوتد مشدود الي النصف العلوي من الصندوق بينما يمنع النصف السفلي من الحركة الافقية.
بزيادة الاثقال علي الكفة يزيد اجهاد القص حتي يحدث الانهيار علي مستوي انفصال نصفي الصندوق وعندها يكون الاجهاد المقاوم للقص المناظر للاجهاد الراسي المعين.
يتم بتغيير الاجهاد الراسي والحصول علي اجهادات قص مناظر ومن ثم تحديد علاقة بين الاجهادين.
مثال
أثناء إختبار قص مباشر بإستخدام صندوق قص مساحته 36 سم2 لعينة من تربة , دونت القراءات التالية للأحمال العمودية وقوي القص.
ارسم مغلف الانهيار لهذه التربة واوجد قيم :
قوة التماسك
زاوية مقاومة القص
الإجهاد الابتدائي
نوعية التربة
Shear strength of soil
يعرف إنهيار التربة بالقص بأنه إنزلاق لكتلة محدودة من التربة علي جزء ثابت من الارض .
للتربة مقاومة للقص وللمقاومة حد اقصي ويجب الا يصل الإجهاد علي التربة إلي الحد الذي يتغلب علي المقاومة .
بل يجب ان يكون اقل منها بمعامل امان كاف (2 علي الأقل ).
معامل الامان = مقاومة التربة القصوي للإنهيار بالقص
الإجهاد الذي يسبب القص للتربة
تعرف مقاومة التربة للقص بانها أقصي إجهاد مقاوم لشكل قصي مستمر مؤثر علي حبيبات أو كتلة التربة.
تتكون مقاومة التربة للقص من المركبات التالية:
المقاومة الناتجة من تشابك وتداخل حبيبات التربة.
مقاومة الاحتكاك المتولدة بين أسطح الحبيبات (رملية).
التماسك او التلاصق بين حبيبات التربة.
ليس بالضرورة ان تتواجد تلك المركبات الثلاث مجتمعة لجميع انواع التربة فبينما نجد المركبتين الاولي والثانية تزيد في التربة ارملية عديمة التماسك تنعدم المركبة الثالثة.
في حين أن المركبة هي الاهم في مقاومة التربة الطينية التي تتلاصق مع بعضها بمساعدة الرطوبة.
أنواع القص في التربة:
يحدث القص في التربة في واحدة من الحالات التالية:
قص احادي single shear
فيه يكون القص او الازاحة مؤثر علي سطح واحد وغالبا ما يكون سطح مستوي
قص ثنائي Double shear
فيه يكون القص مؤثرا علي سطحين
قص إختراق Punch shear
فيه يحدث القص علي مجموعة من الأسطح الجانبية التي تأخذ شكل القاعدة
قص لي
Torsional shear
فيه يحدث القص علي سطح أسطواني نتيجة دوران مروحة أو جسم رقيق حول محور
بالرغم من هذه الانواع المختلفة ولكن في الطبيعة فإن غالبية تطبيقات القص تكون في صورة القص الاحادي.
المقاومة الاحتكاكية
اكبر قوة مقاومة لحركة الحبيبات المنزلقة في بعضها البعض فعند تاثير قوة راسية علي حبيبات تربة لتحريكها فهنالك مقاومة من قوة كانبية مماسة لسطح الإنزلاق او التلامس بين الحبيبات.
عندما تبدأ الحبيبات المتلامسة في التزحلق تكون النسبة T/N قد وصلت لأقصي قيمة لها وتسمي معامل الإحتكاك Friction وهي تساوي ظل زاوية الإحتكاك .
Ø هي زاوية الإحتكاك الداخلية بين حبيبات التربة.
قيمة هذه الزاوية في التربة الرملية 10-45 في التربة الزراعية 5-25 وتسمي بزاوية التربة للقص.
أوجد العالم كولوم علاقة خطية بين القوة الرأسية المؤثرة وبين إجهاد المقاومة في التربة , حيث نص قانون كولوم بان مقاومة للقص تتناسب مع الإجهاد العمودي للتربة.
t a s
t = c + s tan Ø
حيث أن
t : قوة التربة المقاومة للقص
c : إجهاد التماسك (ثابت)
s : الإجهاد الراسي المؤثر
Ø : زاوية الإحتكاك أو زاوية مقاومة القص
قوي المقاومة يمكن تقسيمها الي مركبتين رئيستين الأولي لا تعتمد علي قيمة s وتمثل قوة التماسك c)) بينما الثانية تمثل قوي الاحتكاك والتشابك بين الحبيبات وهي تعتمد علي قيمة s وتتناقص متناسبة مع قيمته.
عليه فإن العلاقة بين اجهاد القص t والإجهاد العمودي s وليس الإجهاد الكلي فالعبرة بما تحمله الحبيبات وليست التربة ككل.
في التربة الطينية النقية تكون مقاومة القص مساوية لقوة التماسك فقط بغض النظر عن الإجهاد العمودي s .
في حالة التربة الرملية النقية الجافة ينعدم اي التصاق او تماسك بين الحبيبات حيث تبقي زاوية الاحتكاك التي تتغير مع وسمك التربة والمحتوي المائي في التربة الزراعية خليط من الرملية والطينية بنسب مختلفة وعليه فإن قوي المقاومة للقص تعتمد علي قوي التماسك والاحتكاك.
قوة التماسك وزاوية الاحتكاك صفات للتربة وقيمتها ثابتتان ولذلك فإن مقاومة القص تعتمد علي الاجهاد العمودي.
في التربة الرملية تزداد مقاومة الاحتكاك مع ازدباد الاجهاد العمودي علي سطح الانزلاق اما في التربة الطينية فان قوة التماسك لا تعتمد علي الاجهاد العمودي فهي صفةى تعتمد علي التجاذب والتماسك حسب التركيب البلوري للحبيبات وكبر مساحتها السطحية وعلي التركيب الكيميائي.
تحديد مقاومة التربة للقص معمليا
تجربة القص المباشر Direct shear test
الغرض من هذه التجربة تحديد الاجهاد الاقصي للقص المناظر لاجهاد عمودي علي مستوي القص الذي يحدد مسبقا.
يستخدم في التجربة صتدوق من الصلب مشطور الي نصفين وبدون غطاء يسمي صندوق القص.
حيث توضع العينة داخل الصندوق ويؤثر عليها بحمل عمودي عن طريق غطاء معدني سميك لا يمس جدران الصندوق ومن ثم يتم تحديد الاجهاد الراسي علي مستوي القص النجدد مسبقا بنصفي الصندوق.
يتم وضع اثقال علي الكفة المعلقة بوتد مشدود الي النصف العلوي من الصندوق بينما يمنع النصف السفلي من الحركة الافقية.
بزيادة الاثقال علي الكفة يزيد اجهاد القص حتي يحدث الانهيار علي مستوي انفصال نصفي الصندوق وعندها يكون الاجهاد المقاوم للقص المناظر للاجهاد الراسي المعين.
يتم بتغيير الاجهاد الراسي والحصول علي اجهادات قص مناظر ومن ثم تحديد علاقة بين الاجهادين.
مثال
أثناء إختبار قص مباشر بإستخدام صندوق قص مساحته 36 سم2 لعينة من تربة , دونت القراءات التالية للأحمال العمودية وقوي القص.
ارسم مغلف الانهيار لهذه التربة واوجد قيم :
قوة التماسك
زاوية مقاومة القص
الإجهاد الابتدائي
نوعية التربة