1
مقاومت برشي1.
اصطكاك2.
چسبندگي3.این خواص از دو جهت برای عملیات
خاک ورزی اهمیت دارند:عملکرد کششی تراکتور•
نیروی مورد نیاز برای ادوات 1.خاکورزی
خواص مکانيکی خاک
2
Shear Strengthمقاومت برشی 1.
3
قانون موهر- کولنگسیختگی در مواد موقعی رخ می دهد که •
تنش برشی در صفحه ای خاص از مقاومت برشی ماده بیشتر باشد
( در هر صفحه ای تابعی از S)مقاومت برشی •( در ان صفحه است.تنش عمودی )
S=f ()
4
پوش گسیختگی در خاکSoil Failure Envelope
S=c+ Tan ()
5
روشهای اندازه گیری مقاومت برشی Direct shear testروش مستقیم 1.
6
- تست سه 2 The محوری
Triaxial test
7
انواع تست سه محوری Drained, (d)زهکشی شده •
مقادير موثرزهکشی در مرحله تحکیم •
Consolidation Undrained , (c-u) مقادير موثر
ubفشار اب موجود در خلل و فرج Undrained, (u) زهکشی نشده •uفشار اب موجود در خلل و فرج
3311 ,
bb uu 3311 ,
uu 3311 ,
8
2sin2
2cos22
31
3131
تنشها در صفحه گسيختگي
9
پوش گسیختگی درخاکهای غیر چسبندهFailure Envelope for Cohesionless soils
S= Tan ()
بین چسبنده غیر های خاک برای داخلی اصطکاک درجه 42تا 28زاویهیابد می افزایش خاک دانسیته افزایش با زاویه این
ناپایدار ساختمان با شل و سبک خیلی های خاکزیر به است برسد 10ممکن درجه
10
اندازه گیری مقاومت برشی به روش صحرایی
Round shear boxروش استوانه ای تو پر
323rMS
روش استوانه ای تو خالي
)(23
32
31 rrMS
11
vane shear روش پره ايapparatus
3283rMS
4نسبت ارتفاع به شعاع برابر • تغيير بار عمودي امكان پذير نيست•
12
3=200kpaمثال:در يك ازمايش سه محوري فشار استاتيكي اوليه و فشار اب خلل و فرج `=280kpaبوده است. نمونه در فشار
u=180kpa درجه نسبت به 57 گسيخته شد. اگر گسيختگي در زاويه سطح افق اتفاق افتد الف( مقادير تنش برشي و عمودي را در
سطح گسيختگي تعيين كنيد. ب( اگر مقدار همچسبي براي نموZنه 80kpa درجه باشد، نشان 24 باشد و زاويه اصطكاك داخلي ان
درجه اتفاق افتاده است؟57دهيد چرا گسيختگي در زاويه
13
حل:
kpau
kpa
kpa
kpakpakpa
103180283
127)114sin(22004802sin
2
283)114cos(2200480
22004802cos
22
480200280,280,200
31
3131
1313
kpakpakpa 480200280280,200 1313
15114014023
15124tan16080
160180340340
340)45(2cos2200480
2200480
12724tan10380tan
1max
kpaS
kpau
kpa
cS
اين مقدار برابر تنش برشي اعمال شده در صفحه گسيختگي است. لذا گسيختگي اتفاق مي افتد درجه نسبت به افق اتفاق مي افتد45حداكثر تنش برشي در زاويه
مقاومت برشي در اين صفحه
لذاگسيختگي در اين صفحه اتفاق نمي افتد
14
جمع بندي مقاومت برشيResistance to shear (shear strength)
و cohesionمقاومت خاك از طريق همچسبي •اصطكاك داخلي ايجاد مي شود
خاك هاي رسي اشباع اصطكاك داخلي ندارند•وزن بر روي مقاومت خاك رسي تاثير ندارد•خاك هاي شني چسبندگي ندارند بنابراين •
مقاومت آنها تنها در اثر اصطكاك داخلي استدر خاك شني تنها وزن باعث افزايش مقاومت •
مي گردد
15
Friction اصطكاك
اصطكاك بين خاك – جسم خارجي )فلز( •` هنگام حركت اصطكاك بين خاك – خاك •
نسبي بين توده هاي خاك . پس از گسيختگي در جعبه تست بدست مي ايد
موقعي عمل مي Tan()اصطكاك داخلي •كند كه گسيختگي در اثر اعمال نيروي برشي
اتفاق افتدF=N` or =tan(F/N)
N
F
16
چسبندگي Cohesionهمچسبي • Adhesionدگر چسبي •
نيروي جذبي بين دو جسم ناهمسان–در خاك در اثر اليه نازك رطوبت ايجاد مي شود–نيروي جذبي بستگي به كشش سطحي اب دارد–
در كاربرد هاي مكانيك نمي توان چسبندگي و •اصطكاك را از هم منفك كرد
اثر توام اين دو اصطكاك ظاهري ناميده مي شود. –
17
اثر رطوبت بر اصطكاك ظاهريدر رطوبت كم نيروي اصطكاك فقط در اثر لغزش•با افزايش رطوبت اصطكاك بدليل افزايش چسبندگي زياد مي شود )اثر توام لغزش و چسبندگي(•افزايش بيش از حد رطوبت باعث روانكاري بين ذرات شده اصطكاك كم مي شود •
18
بررسي مكانيك ابزار خاكوfرزيمطالعات تجربي از طريق اندازه گيري •
مستقيم نيروي مورد نيازمطالعات نظري از طريق ارائه مدل هاي •
رياضي براي يك ابزار ساده براي مطالعه Soehneمدل –
تقابل بين خاك و ابزار در حين حركت در داخل خاك براي برآورد نيروي كششي مورد نياز
19
فرضيات مدلعوامل تاثير گذار:•
اصطكاك بين خاك – فلز–نيروي برشي در گسيختگي– شتاب توده هاي خاك–مقاومت برشي تيغه براي برش كف–
Cutting Resistanceجسم بدون شتاب حركت مي كند )تعادل –
استاتيكي(
20
تصوير جسم آزاد سيستم
21
معادله تعادل استاتيكي نيرو ها در امتداد افقي براي تيغه
22
معادله تعادل استاتيكي نيرو ها در امتداد عمودي براي توده خاك
23
معادله تعادل استاتيكي نيرو ها در امتداد افقي براي توده خاك
24
را به صورت زير در نظر بگيريمZاگر
اين معادله رابطه بين نيرو هاي عمل كننده بر سيستم متشكل از خاك – ابزار رانشان مي دهد
(W)محاسبه وزن توده خاك
L2=d* tan (m)
25
خاک برش صفحه سطح محاسبه
خاک توده شتاب از ناشی نیروی محاسبه
تیغه توسط گرفته شتاب خاک جرم محاسبه
26
شتاب )dv/dt(محاسبهشكل اساس :5.41بر
Vs :خاك توده مطلق سرعتVe تيغه و خاك توده بين نسبي سرعتV0 تيغه حركت سرعت
. دهند مي را بسته مثلث يك تشكيل بردار سه اين
27
نمود محاسبه را خاك اصطكاك ضريب توان مي داخلي اصطكاك زاويه روي از
موهر دایره روی از
28
رابطه بين سرعت و مقاومت برشي خاك
) نيروي كششي مورد نياز(
29
اثر مقاومت خاك بر عملكرد تراكتور
(KN)نيروي كشش مالبندي
%ش
غزل
20%
7.8 22
2WD, no ballast
4WD, with ballast
30
شكل پذيري در خاكهاPlastic Soilsخاك هاي شكل پذير •
در محدوده خاصي از رطوبت به هر شكلي در مي –ايند
پس از خشك شدن شكل خود را حفظ مي كنند–مثل خاك رسي، رسي شني–
Non Plastic Soilsخاك هاي شكل ناپذير•در هيچ رطوبتي شكل خاصي به خود نمي گيرد–خاك شني–
31
مراحل خشك شدن خاك هاي شكل پذير
بروز چسبندگي )همچسبي و دگرچسبي( 1.دررطوبت زياد
باعث از بين رفتن ساختمان خاك در اثر شخم•شكل پذيري )به هر شكل دلخواه(2.
هنوز نامناسب براي شخم•بدليل شكننده بودن به اساني (Friable)ترد 3.
خرد مي شودبهترين زمان براي شخم )اصطالحاً گاو رو(•سخت شدن )ايجاد كلوخه در اثر شخم(4.
هرخاكي در يك رطوبت معين به حالت تردي مي رسد!!
32
خميرايي خاك هاSoil Plasticity constant
Plasticity Limitsحدود خميرايي • Upper Plastic Limitsحد باالي خميرايي –
درصد رطوبتي كه خاك بسختي جريان مي يابد• Viscous Liquidبه صورت مايع غليظ •
Lower Plastic Limitحد پايين خميرايي –مرحله شروع شكل پذيري•به عبارتي حداكثر رطوبتي كه خاك به صورت ترد باقي •
مي ماند Plastic Numberرقم خميرايي •
تفاوت بين دو حد خميرايي–بيانگر مقدار كلوئيد خاك است–هر چه مقدار كلوئيد بيشتر باشد )رسي( حد پايين –
رقم خميرايي كم مي شودافزايش يافته
33
رابطه بين مقاومت شكستگي خاك و رقم خميرايي و رطوبت
Nicholsرابطه •
6.0)20(06.0 cnl
s PPPMF
Fs مقاومت شكستگي خاك : psi Mدرصد رطوبت خاك : Pl حد پايين خميرايي :Pnرقم خميرايي : Pc فشار وارد بر خاك : psi
با افزايش رطوبت مقاومت خاك افزايش مي يابد تا برسد به حد پايين خميرايي كه پس از ان كاهش مي يابداين رابطه تا رطوبت حد پايين صادق است
34
مروري بر كشش در تراكتوركشش ايجاد شده در چرخ يا شني بستگي به •
مقاومت برشي خاك داردخاك مرطوب بدليل مقاومت كم چرخ ها را •
دچار لغزش مي كند ) بدليل پتانسل كم كششي خاك(
مقاومت در خاك هاي رسي مرطوب به •صورت چسبندگي است ) افزايش مقاومت
غلتشي(مقاومت در خاك هاي سبك از طريق اصطكاك •
داخلي فراهم مي شود
35
كشش و وزن وارد بر خاك
در خاكهاي شني چون مقاومت در اثر اصطكاك •داخلي است افزايش وزن تنها را حل است
در خاك هاي رسي مقاومت در اثر چسبندگي بوده •وزن تاثير نداشته و افزايش كشش با افزايش سطح
ممكن است )افزايش مقاومت غلت (در خاك هاي معمولي هر دو عامل اصطكاك داخلي و •
سطح باعث افزايش كشش مي گردد
(KN)نيروي كشش مالبندي
%ش
غزل
20%
7.8 22
2WD, no ballast
4WD, with ballast
36
بكسوات يا Slipلغزش
جابجايي )تغيير شكل خاك(
شيش
ي كرو
ني
مشابه رابطه كرنش – تنش در خاك است•در اثر اعمال نيروي كششي در خاك جابجايي يا تغيير شكل ايجاد مي گردد•جابجايي و تغغير شكل خاك باعث كاهش سرعت پيشروي يا لغزش مي شود•بيشترين مقاومت خاك در يك حد معين از لغزش حاصل مي شود•هنگام كار بايد لغزش كمتر از حداكثر مقدار خود باشد زيرا•
ساختمان خاك از بين مي رود
37
رابطه بين سرعت و وزن موfرد نياز وارد بر چرخ
شود مي خاك مقاومت افزايش سبب سرعت افزايششود مي كم نياز مورد وزن
سرعت پيشروي
Km/hr
وزن وارد بر چرخ kg/kw
2WD 4WD
1.6 268 1896.4 67 479.7 44 31
13.0 33 24
38
كشش تعاريف• Traction• Coefficient of traction (P/ W)• Tractive Efficiency = D.B. Power/Axle Power• Rolling Resistance=axle power – D.B. Power
100%
l
nll
NNNslip
39
روش هاي اندازه گيري لغزشروش مسافت ثابت•
روش دور ثابت•
40
عوامل موfثر بر لغزشخصوصيات خاك•
بافت خاك–رطوبت خاك–سطح خاك )بقاياي گياهي(–
خصوصيات چرخ•سطح تماس )قطر و اندازه(–فشار باد–وزن–انتقال وزن–عاج–
زاويه•فاصله •ارتفاع•
41
تخمین تجربی لغزشمشاهده اثر بجا مانده
از چرخ
42
لغزش، بازده كششي، مقاومت غلت
% Slip
Travtive Eff.
10 15
High ®
High (S)
43
وسايل كمك كششيTraction Aids
• Ballast• Dual wheels• Cage wheels• Strake (طوقه)• Tire Track
قابل نصب روی چرخ ها–سادگی نصب–مقاومت کم در مقابل سنگ–دوران مشکل تراکتور–
44
45
خسارت وارد بر زمین در اثر تردد Compactionفشردگی •
65/2وزن مخصوص خشک خاک حدود –معیار فشردگی –
وزن مخصوص ظاهري•درصد خلل و فرج• Penetration Resistanceمقاومت نفوذ •
Penetrometerبا استفاده از نفوذ سنج –
46
Repeatedفشردگی تکراری Compaction
حداکثر فشردگی در اولین تردد•چهار چرخ کردن تراکتور تاثیر زیادی بر فشردگی –
نداردبیشترین تاثیر فشردگی در اثر رطوبت است• % تغییر در رطوبت خسارت جبران 3 تا 2•
ناپذیرخاک خشک فشرده نمی شود•در رطوبت های باال چون خلل و فرج از اب پر •
است و اب غیر قابل تراکم است فشردگی کم می شود
تعداد تردد
تهسی
دان
47
اثر رطوبت بر فشردگی
رطوبت %5 10 15
یتهس
دان
1.4
2
1.6
1.8
بیشترین فشردگی کمی پایین تر از حد پایین خمیرایی•خاکهایی که حد پایین خمیرایی پایین تر از ظرفیت مزرعه است خاک نامناسب•خاکهایی که حد پایین خمیرایی باالتر از ظرفیت مزرعه است خاک مناسب•
خمیرایی پایین حد
سازی جاده
کشاورزی متوسط خاک
48
عوارض فشردگیکاهش ریشه دوانی•کاهش زهکشی داخلی خاک•کاهش تهویه خاک•نیاز به توان بیشتر برای عملیات •
خاکورزی
49
خالصه بحث فشردگیاگر چه عواملی مثل نزوالت جوی و تردد •
انسان و دام موثر است ولی بیشترین فشردگی مربوط به تردد ماشین است
درکشت مکانیزه چون ماشین االت بزرگتر •هستند اثر سوء بیشتر دارند
است FCبدترین فشردگی با رطوبت قبل از •چون خلل و فرج اب و هوا وجود داشته روانکاری ذرات راحت تر انجام می گیرد
تن در 9قوانین جاده ای حداکثر بار اکسل را •نظر می گیرد حال انکه در کشاورزی بارها به
مراتب بیشتر هستند تن15کمباین پر تا – تن 17کودکار های دامی بزرگ –
50
روش های کاهش خسارت به خاکاز کار بر روی خاک های مرطوب ممانعت •
شودتردد در حداقل باشد•
(Traffic Farming)مدیریت تردد در مزرعه –وزنه و لغزش تراکتور مناسب انتخاب شود•وزنه های اضافی از تراکتور باز شوند•از ادواتی استفاده شود که انتقال وزن •
بیشتر داشته باشنداز وسایل کمک کشش استفاده شود•هر جا امکان دارد از سرعت بیشتر و کشش •
کمتر استفاده شود
