پدیده اتساع (Dilatancy):
«اتساع» (Dilatancy)، پدیده ای است که میزان تغییرات حجم مواد دانه ای در هنگام ایجاد تغییر شکل های برشی را نشان می دهد.
اولین تعریف علمی اتساع، توسط «ازبورن رینولدز» (Osborne Reynolds) در بین سال های 1885 تا 1886 ارائه شد. به همین دلیل، این پدیده با عنوان «اتساع رینولدز» (Reynolds Dilatancy) نیز شناخته می شود.
مواد دانه ای متراکم در هنگام برش تمایل به اتساع (افزایش حجم) دارند. این رفتار بر خلاف رفتار مواد جامد بوده و دلیل آن، قفل شدن و عدم رهایی دانه ها در حالت متراکم است.
اعمال تنش به این گونه مواد، باعث به وجود آمدن حرکت اهرمی بین دانه های مجاور و افزایش حجم ماده می شود. در طرف مقابل، با اعمال برش به یک ماده دانه ای سست، به جای اتساع و افزایش حجم، تراکم و کاهش حجم رخ خواهد داد.
اگر با افزایش نیروی برشی، حجم ماده افزایش پیدا کند، به آن یک ماده «اتساعی» (Dilative) و در صورت کاهش حجم، به آن ماده «انقباضی» (Contractive) می گویند.
اتساع، یکی از خواص متداول خاک ها و ماسه ها است. اثرات اتساع را می توان در هنگام خشک شدن ماسه های کنار ساحل مشاهده کرد.
در مجموع، این پدیده مبحث گسترده ای در مکانیک خاک محسوب می شود که توسط مهندسان ژئوتکنیک مورد مطالعه قرار می گیرد.
رفتار خاک در حین پدیده اتساع:
پدیده اتساع را می توان در هنگام انجام آزمایش برش ساده بر روی نمونه ماسه متراکم مشاهده کرد. در مراحل اولیه تغییر شکل، با افزایش کرنش برشی، کرنش حجمی نیز افزایش می یابد.
با نزدیک شدن به نقطه اوج تنش، کرنش حجمی شروع به کاهش می کند. پس از اعمال برش بیشتر، حجم نمونه نسبت به حجم اولیه آن افزایش می یابد.
میزان اتساع رابطه بسیار نزدیکی با چگالی خاک دارد. به طور کلی، هر چه مقدار چگالی خاک بزرگ تر باشد، میزان افزایش حجم آن در هنگام اعمال برش نیز بیشتر خواهد بود. علاوه بر این، آزمایش ها نشان داده اند که با کاهش تنش نرمال مؤثر، زاویه اصطکاک داخلی نیز کاهش می یابد.
رابطه بین اتساع و زاویه اصطکاک داخلی معمولاً توسط «مدل دندانه اره ای» (Sawtooth Model) نمایش داده می شود.
در این مدل، زاویه اتساع متناظر با زاویه ایجاد شده توسط دندانه ها نسبت به افق است. با استفاده از این مدل می توان نتیجه گرفت که زاویه اصطکاک مشاهده شده با حاصل جمع زاویه اتساع و زاویه اصطکاک در اتساع صفر برابری می کند.
اهمیت پدید اتساع:
با افزایش محصور شوندگی خاک، زاویه اصطکاک نیز تا رسیدن به یک مقدار حداکثری افزایش پیدا می کند. دلیل این امر، پدیده اتساع است.
در ادامه، پس از رسیدن مقاومت خاک به یک مقدار حداکثری، زاویه اصطکاک به طور ناگهانی کاهش می یابد. در نتیجه، برای ارزیابی شیب، پی، تونل و پایه در چنین خاک هایی باید میزان کاهش احتمالی مقاومت خاک پس از رسیدن به حداکثر زاویه اصطکاک در نظر گرفته شود.
وجود سیلت ضعیف و غیریکنواخت به همراه ذرات شن می تواند باعث ایجاد مشکلاتی در حین عملیات ساخت و ساز شود.
به دلیل درشت بودن ذرات سیلت، این گونه مواد اغلب به صورت دانه ای هستند و میزان فشردگی ذرات آن ها در بازه متراکم تا خیلی متراکم قرار می گیرد. اگرچه، با ایجاد برش در ناحیه گوه فعال بر اثر نیروهای ثقلی (به عنوان مثال، در شیب ها و دیواره های حائل)، مقاومت خاک از بین می رود و نرخ شکست افزایش می یابد.
اگر درون ترک های کششی یا در نزدیکی بخش پشتی گوه فعال آب جمع شده باشد، نیروهای هیدرو استاتیکی موجود در این نواحی نیز باعث تشدید نرخ شکست می شوند.
این شرایط معمولاً با مقداری پوسته پوسته شدن و فرسایش داخلی همراه خواهد بود. به همین دلیل، استفاده از فیلترهای مناسب برای کنترل رفتار مواد دانه ای بسیار ضروری است.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
