اختبار نسبة تحميل كلفورنيا California Bearing Ratio - C.B.R

اختبار نسبة تحميل كلفورنيا  C.B.R 

The California Bearing Ratio

AASHTO T193-99

1- المجال :-

هذه الطريقة تغطي تحديد نسبة تحمل كاليفورنيا لمواد الأرصفة وطبقات القاعدة وما تحت الأساس والأساس من عينة مدكوكة في المختبر. وتعنى طريقة الاختبار بصورة أساسية بتقييم مقاومة التربة المتماسكة التي يكون مقاس حبيباتها الأقصى أقل من 19 مليمتر، لكنها غير محصورة في هذا الاتجاه فقط.

1-1   عندما يراد اختبار مواد فيها مقاسات ذات حجم أكبر من 19 مليمتر فتوصى هذه الطريقة بتعديل تدرج الجزء الخشن من هذه المواد بحيث تكون كلها مارة من المنخل 19 مليمتر بينما يظل الجزء المحصور بين 4.75 مليمتر و 0.075 مليمتر ثابتاً لا يتغير. وبالرغم من أن هذه الطريقة التقليدية لتجهيز العينة يتم استخدامها لتجنب الخطأ المتوقع من اختبار مواد تحتوي على حبيبات أكبر في جهاز CBR إلا أن المواد المعدلة قد تكون لها خصائص مقاومة مختلفة عن المواد الأصلية وعلى أية حال لقد تم تطوير الخبرة الواسعة باستخدام طريقة الاختبار هذه للمواد التي أدخل تعديلاً على تدرجها وتوجد طرق تصميم مرضية تعتمد على نتائج الاختبارات باستعمال هذه الطريقة.

1-2   لقد أوضحت ممارسات الماضي بأن نتائج نسبة تحمل كاليفورنيا للمواد التي بها نسبة كبيرة متبقية على المنخل 4.75 مليمتر أكثر تبايناً من المواد الأنعم منها. وبالتالي هذا الأمر يتطلب إجراء أكثر من محاولة لمثل تلك المواد للحصول على نتائج CBR يوثق بها.

1-3   هذه الطريقة تعني بتحديد قيمة CBR للمواد عند المحتوى المائي الأمثل أو عند مدى معين من المحتوى المائي ومحدد باختبار الدك عند كثافة جافة معينة.  وتعطي هذه الكثافة الجافة دائماً كنسبة من الكثافة الجافة القصوى المحددة  باختبار الدك حسب الطريقتين  T99 أو T180.

1-4   ويجب على الجهة التي تطلب تحديد الاختبار تحديد المحتوى المائي أو مجال المحتوى المائي والكثافة الجافة التي يطلب عندها نسبة تحميل كاليفورنيا.

1-5   ما لم يحدد بواسطة الجهة الطالبة للاختبار، أو ما لم يتبين بأن عدم الغمر ليس له أثر على نتائج المواد المختبرة، يجب غمر العينة 96 ساعة قبل تعريضها إلى الاختراق أو الغرز.

3- الأهمية والاستخدام :-

3-1 تستخدم هذه الطريقة لتقييم المقاومة الكامنة لمواد طبقات القاعدة، وما تحت الأساس والأساس بما في ذلك المواد المعاد استخدامها في أرصفة الطرق والمطارات. وتشكل قيمة CBR المستخرجة بهذه الطريقة جزءاً مكملاً للعديد من مناهج تصميم الأرصفة المرنة.

3-2 في التطبيقات التي يقل فيها تأثير الدك ومحتوى الماء على قيمة CBR كما في التربة غير المتماسكة، والمواد خشنة الحبيبات، أو عندما يوضع اعتبار لتأثير تباين المحتوى المائي على نسبة الدك في طريقة التصميم، يمكن تحديد قيمة CBR عند المحتوى المائي الأمثل باستخدام جهد معين من الدك. 

3-3 يتم تحديد قيمة CBR في مدى محدود من المحتوى المائي تسمح به الجهات المعنية في مواصفات الدك الحقلي في التطبيقات التي يجهل فيها تأثير المحتوى المائي على هذه القيم أو عندما يرغب في وضع حساب لهذا التأثير.

3-4 يجب أن تعتمد طرق تجهيز عينات التربة التي تزداد مقاومتها تبعاً لازدياد الزمن على تقييم هندسة التربة، ويجب المحافظة على مثل هذه المواد رطبة حتى يتم الحصول على نسبة التحمل التي تمثل حالة الخدمة الطويلة.

4- الأجهزة :-

4-1 القالب :- يجب أن يكون شكل القالب أسطوانيا مصنوع من المعدن قطره الداخلي 152 ± 0.66 ملم وارتفاعه 177.8 ±0.64 مليمتر مزود بطوق ارتفاعه بالتقريب 50 مليمتر وشريحة قاعدية يمكن وصلها مع أي طرف من القالب ، ويفضل أن توفر ثلاثة قوالب على الأقل لأي تربة يراد اختبارها.

4-2 قرص التباعد Spacer Disk  : يصنع قرص المباعدة من المعدن بقطر 150  ±  0.8 مليمتر وارتفاع 61.37  ±  0.25 مليمتر.

تنبيه (1) : عندما يستخدم القالب الذي ارتفاعه 177.8 مليمتر يطلب استعمال قرص التباعد 61.37 مليمتر للحصول على السمك المطلوب للعينة المدكوكة يتطابق مع سمك عينات الدك T99 ، T180.

4-3 مطرقة: كما تم تحديدها في الاختبارين T99، T180 .

4-4 جهاز لقياس التشوه: يتكون من شريحة الانتفاخ مزودة بحامل وساق ثلاثي الأرجل لحمل مؤشر القياس  ويجب أن تكون شريحة الانتفاخ مصنوعة من المعدن بقطر 149.2  ±  106 مليمتر ويفضل وجود ثقب قطره 1.6 مليمتر بها. ويجب أن يكون حامل مؤشر القياس Dail indicate مصمم بطريقة بحيث تتوافق أرجله في الوضع مع طوق القالب.

4-5 عدد اثنين مؤشر قياس تمثل دورة كاملة حول محوره 25 مليمتر، ومدرج بحيث يمكن قراءته إلى 0.02 مليمتر.

4-6 أوزان ثقل : عدد واحد ثقل على شكل حلقة مثقوب من المنتصف (قطر الثقب تقريباً 54 ملم)، وعدة أثقال أخرى مفصولة إلى حلقتين أو مشقوقة أقطارها 149 + 1.6 ملم وكل منها يزن 2.27  ±  0.04 كجم.

تنبيه (2): عندما تكون الأثقال مفصولة إلى حلقتين يجب أن يكون وزن كل زوجين منها 2.27  ± 0.04 كجم.

4-7 مكبس الاختراق  مصنوع من المعدن دائري الشكل قطره 49.63  ±  0.13 مليمتر مساحته 1935 ملم² لا يقل طوله عن 102 مليمتر .

4-8 جهاز التحميل : من النوع الضاغط له القدرة على تطبيق حمل متزايد بانتظام إلى السعة الكافية لاختبار المواد تحت الاختبار بمعدل 1.3 مليمتر/دقيقة.

4-9 حوض غمر: بسعة كافية تمكن من غمر العينات بمستوى من الماء أعلى بمقدار 25 مليمتر على الأقل فوق سطحها.

4-10 فرن تجفيف : له القدرة على إعطاء درجة حرارة 110  ±  5 درجة مئوية ومزود بجهاز ضبط للحرارة (ثيرموستات).

4-11 أوعية محتوى رطوبة كما تم تحديدها في المواصفة T265.

4-12 أشياء أخرى: أدوات لخلط وصواني وأداة تسوية وورق فلتر ومغارف وملاعق.

5- تجهيز العينة :-

5-1 يجب أخذ العينة ودكها وفقاً للطريقة T99 أو T180 ويكون الدك في القالب 152.4 مليمتر باستثناء الحالات التالية :-

5-1-1 إذا كانت كل العينة مارة من المنخل 19 مليمتر يتم أخذ العينة الأصلية بدون تعديل لتجهيزها.  أما إذا كانت هناك مواد متبقية على المنخل 19 مليمتر فيجب إبعادها أو إزالتها وتعويضها بمواد مارة من المنخل 19 مليمتر ومتبقية على المنخل 4.75 مليمتر.

5-1-2 نسبة التحمل عند المحتوى المائي الأمثل : خذ عينة ممثلة تزن 11كجم من عينة كلية لا يقل وزنها عن 35 كجم لإجراء اختبار علاقة الرطوبة والكثافة ثم قسم متبقي العينة للحصول على ثلاثة عينات لا يقل وزن الواحدة عن 6.8 كجم .

5-1-3 نسبة التحمل لمجال من المحتوى المائي : خذ عدد خمسة عينات ممثلة تزن بالتقريب كل منها 6.8 كجم من عينة كلية لا يقل وزنها عن 113كجم لاستخدامها في إنشاء منحنيات الدك.

6- علاقة الرطوبة والكثافة :-

6-1 نسبة التحمل عند محتوى الماء الأمثل: باستخدام العينة التي جهزت وفقاً للبند 5-1 والتي تزن 11 كجم أحسب المحتوى المائي الأمثل والكثافة الجافة القصوى حسب طريقة الدك المعتمدة  T199 أو  T180   ،  علي الرابط
 (http://alhandasi-foryou.blogspot.com/2016/11/modified-proctor.html)
ويمكن استخدام نتيجة سابقة لنفس المواد بشرط إذا كانت المواد تحتوي على مواد متبقية على المنخل 19 مليمتر فيجب تجهيز العينة وفقاً للبند 5-1.

تنبيه (3): إن أقصى وحدة وزن جافة يتم استخراجها من اختبار الدك باستخدام القالب الذي قطره 101.6 مليمتر قد تكون أكبر قليلاً عن قيمة أقصى وحدة وزن جافة استخرجت باستعمال قالب الدك الذي قطره 152.4 مليمتر أو قالب اختيار نسبة تحمل كاليفورنيا.

7- الطريقة :-

7-1 نسبة التحمل عند محتوى الرطوبة الأمثل: قم بدك ثلاث عينات بحيث تكون نسبة كثافتها المدكوكة بين 95% أو أقل إلى 100% من الكثافة الجافة القصوى كما تم تحديدها في البند 6-1.

تنبيه (5): بصفة عامة تعتبر عدد الضربات 10 ، 30 ، 65 مناسبة لدك العينة الأولى والثانية والثالثة على التوالي، إذ يتطلب الحصول على نسبة دك 100% من الكثافة الجافة القصوى دك الطبقات بعدد ضربات أكبر من 56 ضربة عند استعمال الطريقة T99 (الخيار D) وهذا ينتج عن إعادة استخدام عينة علاقة الكثافة والرطوبة بينما يتم خلط عينة CBR ودكها مرة واحدة.

تنبيه (6): تفضل بعض المختبرات إجراء الاختبار فقط على عينة مدكوكة إلى الكثافة الجافة القصوى عند المحتوى المائي الأمثل كما حدد باختبار T99  أو T180.

7-1-2 أربط القالب في الشريحة القاعدية ثم ثبت الطوق المعدني وأوزن المجموعة لأقرب 5 جرام ثم أدخل قرص التباعد وضع فوقه ورقة فلتر.

7-31-3 أخلط كل عينة من العينات الثلاث التي تزن كل واحدة منها حوالي 6.8 كجم كما تم تجهيزها حسب البند 5-1-2 بماء كاف يساوي المحتوى المائي الأمثل الذي حدد بموجب البند 6-1.

7-1-4  قم بدكها في خمس طبقات متساوية إذا تم تحديد الكثافة الجافة بالطريقة T180 بحيث يكون السمك الكلي حوالي 125مليمتر.

7-1-5 حدد محتوى الرطوبة للمواد التي تم دكها في بداية الدك وبعد نهايته (عينتان) ويجب ألا يقل وزن أي عينة عن 100جرام إذا كانت ناعمة الحبيبات وإلا يقل عن 500 جرام للعينات خشنة الحبيبات. ويجب أن يتم تحديد محتوى الرطوبة وفقاً للطريقة T265.

7-1-6 قم بفك الطوق المعدني وباستخدام قدة مستقيمة الحافة هذَّب العينة في القالب وسوّي سطحها بملء الفراغات بواسطة مواد ناعمة ثم أزل قرص التباعد وضع ورقة فلتر في قاعدة مسامية ثم أقلب القالب مع العينة المدكوكة فيه وضعها في ورقة فلتر. بحيث تكون التربة المدكوكة ملامسة لورقة الفلتر، وأربط الشريحة القاعدية مع القالب وثبت الطوق المعدني وأوزن القالب والتربة .

7-1-7 قم بدك الجزأين الآخرين من العينة الذين يزن كل منهما 6.8كجم حسب الطريقة الموصوفة في البنود من 7-1-4 إلى 7-1-6 ما عدا عدد الضربات سيتغير إلى العدد المتوسط "30ضربة" للقالب الثاني والعدد الأكبر "65ضربة" للقالب الثالث.

7-2 نسبة التحمل لمجال من المحتوى المائي

8- الغمر :-

8-1 ضع أوزان كافية تماثل الوزن الكلي لطبقات السطح والأساس وما تحت الأساس لا تقل عن 4.54 كجم ويمكن إضافة أوزان بزيادات متتالية قدرها 2.26 كجم.

8-2 ثبت جهاز الانتفاخ فوق عينات التربة المدكوكة في القوالب وسجل قراءة القرص الأولية.

8-3 أغمر القوالب في الماء بحيث لا يقل مستوى الغمر أعلى العينة عن 25 ملم وأترك العينات مغمورة لمدة 96 ساعة.

تنبيه (7): يمكن تقليل مدة الغمر (ليس أقل من 24 ساعة) لخليط التربة والركام إذا أظهر الاختبار أن النتائج لا تتأثر بفترة الغمر وربما يتطلب الأمر زيادة فترة الغمر لأكثر من أربعة أيام لبعض أنواع التربة الطينية.

8-4 قم بقياس الانتفاخ في نهاية فترة الغمر (96 ساعة) للعينات وأحسبه كنسبة من طول العينة الأصلي:

نسبة الانتفاخ = التغير في الطول بالمليمتر أثناء الغمر × 100

                       116.43 (بوصة)

8-5 استخرج العينات من حوض الغمر وصب الماء منها وأتركها متكئة لتصريف الماء منها لمدة ربع ساعة. ويجب الخذر من خلخلة سطح التربة أثناء عملية تصريف الماء ثم أزل الأوزان والشريحة المسامية.

تنبيه (8): يمكن وزن العينات بعد تصريف الماء عندما يطلب تحديد متوسط الكثافة الرطبة للعينات بعد الغمر.

9- اختبار الاختراق:-

9-1 وضع أوزان التحميل : يجب وضع أوزان التحميل فوق العينة بحيث يساوي وزنها الوزن الذي وضع على العينة أثناء فترة الغمر وذلك لمنع زحف التربة الناعمة نحو فتحة الأوزان الوسطية، ثم سلط حمل قدره 44 نيوتن على المكبس بعد وضع وزن التحميل الأول فوق العينة ثم بعد تسليط الحمل على المكبس ضع الأوزان الأخرى. وضع كل من مؤشري قياس الاختراق والتحميل في وضع الصفر.

9-2 تسليط الحمل: أبدأ بتحميل المكبس على العينة بمعدل 1.3 مليمتر/الدقيقة وسجل مقدار الحمل عندما يكون مقدار الاختراق 0.64 ، 1.27 ، 1.91 ، 2.54 ، 3.81 ، 5.08 و 7.62 مليمتر ويمكن الاستمرار في القراءة حتى الاختراق 10.16 ، 12.7 حسب الطلب.

تنبيه (9): يمكن تحديد محتوى الرطوبة للجزء الـ  25مليمتر العلوي من العينة بأخذ 100 جرام إذا كانت العينة ناعمة و 500 جرام إذا كانت العينة من التربة الخشنة.

10- الحسابات :-

10-1 منحنى الإجهاد والانفعال ( التشوه ) :  أرسم منحنى الإجهاد والانفعال (مقاومة الاختراق وعمق الاختراق) لكل عينة في بعض الأحوال يزداد الاختراق عند بداية بدون وجود زيادة متناسبة مع المقاومة لذلك ربما تقوس المنحنى وللحصول على العلاقة الصحيحة بين الإجهاد والانفعال قم بتصحيح المنحنى في منطقة نقطة الأصل بمد الجزء العلوي المستقيم من المنحنى إلى الأسفل حتى يتقاطع مع خط السينات.

10-2 نسبة تحمل كاليفورنيا: يتم تحديد قيم الحمل المصحح لكل عينة عند قيم الاختراق 2.54 مليمترو 5.08 مليمتر وتحسب نسبة تحمل كاليفورنيا بقسمة تلك القيم على قيم الحمل القياس 6.9 ، 10.3 ميجاباسكال او 70 ، 105 كجم/سم2 على التوالي وضرب النسبة في المائة.

10-2-1 يتم اختيار قيمة CBR بصفة عامة عند الاختراق 2.54 مليمتر وإذا كانت النسبة عند الاختراق 5.08 مليمتر هي الأكبر يجب إعادة الاختبار وإذا تم الحصول على نفس النتيجة يتم اعتمادها.

10-3 نسبة تحمل كاليفورنيا التصميمية في نسبة واحدة من المحتوى المائي: باستخدام المعلومات المستخرجة من العينات الثلاثة أرسم منحنى CBR مع الكثافة الجافة كما تم الحصول عليها من نتائج العينات التي اختيرت ، ثم يمكن اختيار نسبة تحمل كاليفورنيا عند نسبة محددة من الكثافة الجافة القصوى تساوي الحد الأدنى من نسبة الدك المطلوبة بالموقع في المواصفات.

وتبين تلك البيانات المرسومة درجة استجابة التربة حسب مجال المحتوى المائي المحدد وقم باختيار نسبة CBR باعتبارها أقل قيمة ضمن مجال المحتوى المائي المحدد والذي تكون عنده وحدة الوزن الجافة التي تم الحصول عليها بالدك ضمن مجال المحتوى المائي.

11- التقرير :-

يجب أن يشتمل التقرير لكل عينة على الآتي:

-      جهد الدك "عدد الضربات للطبقة الواحدة".

-      نسبة الكثافة الجافة.

-      نسبة المحتوى المائي.

-      نسبة الانتفاخ من الطول الأصلي للعينة.

-      نسبة تحمل كاليفورنيا.

@