آزمایش های آزمایشگاهی

آزمایش باربری کالیفرنیا

آزمایش باربری کالیفرنیا (California Bearing Ratio, CBR)

AASHTO T 193-81 و ASTM D 1883-87	شماره استاندارد آزمایش
تعیین ظرفیت باربری خاک بستر و کلیه لایه های روسازی	هدف آزمایش
برای تمامی خاک ها استفاده می شود ولی معمولا روی نمونه هایی انجام می شود که با درصد رطوبت بهینه متراکم شده باشند.	موارد کاربرد

اين آزمايش در سال ۱۹۲۹ ميلادی و قبل از جنگ جهانی دوم، در اداره راهسازی ايالت كاليفرنيای آمريكا مورد استفاده قرار گرفت. به كمك اين آزمايش مقاومت برشی خاك در يك رطوبت و وزن مخصوص معين، مشخص مي شود. این پارامتر در پي سازی برای بيان كيفيت نسبی خاك زير پی، و در راهسازی برای به دست آوردن مقاومت برشی خاك در برابر بارهای ترافيكی از اهميت بسزایی برخوردار است. بنا به تعريف آزمایش CBR عبارت است از بار لازم براي نفوذ پیستون استاندارد با شکل، سرعت و عمق معين در يك نمونه مورد آزمايش به نیروی لازم برای فروبردن پیستونی با همین ویژگی‌ها در مصالح استاندارد. هرچه سطح خاک از مقاومت بیشتری برخوردار باشد، مقدار نرخ CBR بیشتر خواهد بود. مواد استاندارد برای این آزمایش، سنگ آهکی خرد شده کالیفرنیا است که مقدار CBR آن برابر 100 است، این مقدار نشان می دهد که مشاهده مقادیر بیش از ۱۰۰ در خاک های متراکم دور از انتظار نیست. رابطه زیر روش به دست آوردن این مقدار را نشان می دهد که در آن p فشار اندازه گیری شده در سایت و ps فشار لازم برای رسیدن به نفوذ برابر در خاک استاندارد است.

آزمایش برش مستقیم

آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)

AASHTO T 236-90 و ASTM D 3080-90	شماره استاندارد آزمایش
تعیین پارامترهای مقاومت برشی خاک.	هدف آزمایش
برای تمامی خاکها استفاده میشود به ویژه برای خاکهای چسبنده در مباحث پایداری خاک.	موارد کاربرد

در این آزمایش نمونه خاک درون دستگاه برشی که از دو قسمت جدا از هم تشکیل شده قرار می‌گیرد. قسمت پایین دستگاه ثابت بوده و امکان جابجایی ندارد اما قسمت بالایی دستگاه می‌تواند بر روی قسمت پایین جابه‌جا شود و میزان جابه‌جایی آن در طول آزمایش اندازه‌گیری می‌شود. در آزمایش برش مستقیم، ابتدا بار قائم به نمونه اعمال می‌گردد. سپس با برشی به نیمه بالایی دستگاه تا گسیخته شدن نمونه، اعمال می‌گردد. تنش برشی و قائم در لحظه گسیختگی برابر است با:

که A سطح مقطع گسیختگی می‌باشد.
چند سری آزمایش با تنش‌های قائم متفاوت، تکرار می‌گردد. زاویه اصطکاک ماسه مورد آزمایش برابر شیب‌خط تنش برشی- تنش قائم بدست آمده خواهد بود:

آزمایش تحکیم

آزمایش تحکیم (Consolidation Test)

AASHTO T 216-83 و ASTM D 2435-90	شماره استاندارد آزمایش
تعیین پارامترهای موثر در پیشبینی شدت نشست و میزان آن.	هدف آزمایش
صرفا بر روی خاکهای رسی انجام می گیرد.	موارد کاربرد:

آزمایش تحکیم یک‌بعدی معمولاً بر روی خاک‌های ریزدانه انجام می‌شود. در این آزمایش نمونه خاک داخل یک رینگ فلزی مهار شده و بین دو سنگ متخلخل و درون یک ظرف استوانه‌ای پر از آب قرار می‌گیرد. یک صفحه بارگذاری فولادی که روی سنگ متخلخل قرار می‌گیرد، بار قائم وارده را به نمونه وارد می‌کند. این بار باعث نشست خاک می‌گردد. بار به‌صورت تدریجی افزایش داده می‌شود و توالی‌های بارگذاری و باربرداری به نمونه اعمال شده و نشست‌های نمونه تحت هر مرحله بارگذاری در زمان‌های مشخصی برداشت می‌شود. هر مرحله، بارگذاری تا زمانی که نشست نمونه قابل چشم‌پوشی بوده و اضافه فشار به وجود آمده تحت آن بار حذف شود، ادامه می‌یابد.

داده‌های خام اندازه‌گیری شده در این آزمایش عبارتند از:
•ارتفاع اولیه نمونه
•ارتفاع نمونه تحت هر بارگذاری و در بازه‌های زمانی مشخص
•رطوبت نمونه در ابتدا و انتهای آزمایش
از نتایج آزمایش تحکیم برای اندازه‌گیری پارامترهای مهم زیر استفاده می‌شود:

1-شاخص تحکیم (Cc) و شاخص تورم خاک یا شاخص فشردگی مجدد (Cr)

2-ضریب تحکیم ثانويه و خزش Cα

3-ضریب تحکیم قائم Cv

4-مدول تغییر حجم

آزمایش تراکم

آزمایش تراکم (Compaction Test)

AASHTO T 99-90 (standard) و ASTM D 698-78 (Standard)	شماره استاندارد آزمایش
به دست آوردن حد رطوبت بهینه و وزن مخصوص خشک بیشینه خاک پس از به کار بردن میزان معینی انرژی کوبشی	هدف آزمایش
معمولا فقط خاک عبوری از الک شماره 4 در آزمون های آزمایشگاهی استفاده می شود.	موارد کاربرد

در بسیاری از سازه های خاکی، مثل سدها، دیوارهای حائل، بزرگراه ها و فرودگاه ها متراکم کردن خاک امری ضروری جهت بهبود موقعیت خاک می باشد. متراکم کردن خاک عبارت است از قرار دادن خاک در یک موقعیت چگال تر و كاهش دادن حجم خاك در اثر خارج ساختن هوا با استفاده از اعمال نیرو. در این حالت اصطكاك بین ذره ها بیشتر شده و وزن واحد آن زیاد می شود. این وزن معیار تراكم خاك است.
تراكم به منظور افزایش مقاومت برشی و كاهش نفوذپذیری انجام می شود. علت کاهش نفوذپذیری، کاهش حجم منافذ خاك و در نتیجه عبور کمتر آب از این منافذ است. عوامل موثر در تراكم خاك عبارت اند از : 1. نوع خاك، 2. انرژی و 3. رطوبت.
پروكتور (1933) روشی برای تراكم آزمایشگاهی ابداع كرد که به وسیله آن حداكثر وزن مخصوص خشك خاك كه برای تراکم در محل می تواند استفاده شود تعیین می گردد. این آزمایش به نام آزمایش تراكم پروكتور مشهور می باشد.
آزمایش پروکتور به دو روش انجام می پذیرد:
1- روش آشوی استاندارد (تراکم دستی): در این روش از چکشی به وزن 5/5 پوند و ارتفاع سقوط 13 اینچ (یک فوت) وتعداد 56 ضربه در سه لایه تراکم، و قطر قالب 6 اینچ استفاده می گردد.

2- روش آشوی اصلاح شده (تراکم پیشرفته): در این روش از چکشی به وزن 10 پوند و ارتفاع سقوط 18 اینچ (یک و نیم فوت) و تعداد 25 ضربه در پنج لایه تراکم، و قطر قالب 4 اینچ استفاده می گردد.
برای به دست آوردن وزن مخصوص خاک در حالت مرطوب از رابطه زیر استفاده می شود:

که در آن W برابر وزن خاک مرطوب داخل قالب تراکم و V برابر حجم خاک درون قالب است. وزن مخصوص خشک خاک از رابطه زیر به دست می آید:

در این رابطه ω برابر درصد رطوبت خاک متراکم شده، S_r برابر درجه اشباع، G_s وزن مخصوص خاک و γ_w برابر چگالی آب است.
منحنی تراكم به شكل زیر به دست می آید:

آزمایش تک ‌محوری

آزمایش تک‌محوری (Unconfined Compression Test)

AASHTO T 208-90 و ASTM D 2166-87	شماره استاندارد آزمایش
اندازه گیری تقریبی مقاومت برشی خاک چسبنده.	هدف آزمایش
بیشتر در مورد نمونه های دست نخورده کاربرد دارد و محدود به خاک های CL، CH، ML، MH، CL-ML می باشد.	موارد کاربرد

آزمایش تک محوری (مقاومت فشاری ساده- مقاومت فشاری محدود نشده) در واقع حالت خاصی از آزمایش سه محوری تحکیم نیافته زهکشی نشده می‌باشد که در آن تنش همه‌جانبه برابر صفر می‌باشد. در این آزمایش، تنش انحرافی اعمالی به نمونه باعث گسیختگی آن می‌گردد. در این شرایط:

آزمایش حدود اتربرگ

آزمایش حدود اتربرگ (Atterberg limits test)

AASHTO T 89,90-81 و ASTM D 4318-87	شماره استاندارد آزمایش
تعیین حد روانی و حد خمیری خاک.	هدف آزمایش
این آزمایش بر روی نمونه های گذرنده از الک 40 انجام می گیرد.	موارد کاربرد

خاک های ریز دانه با افزایش مقدار آب جذب شده حالات مختلفی به خود می گیرند. افزایش آب باعث پوشیده شدن دانه ها با یک لایه آب جذب شده سطحی می شود. با افزودن آب بیشتر، ضخامت لایه آب دور دانه ها اضافه شده، لغزش دانه ها روی یکدیگر راحت تر می شود. بنابراین رفتار خاک عملا به میزان آب داخل مجموعه بستگی دارد.
خاک ریزدانه بر حسب درصد رطوبتی که دارد می تواند در یکی از حالت های جامد، نیمه جامد، خمیری و مایع دسته بندی شود. حدفاصل بین این حالات به صورت نمودار زیر نشان داده می شود:

حد روانی (LL):
مرز بین حالت خمیری و حالت روانی (مایع) خاک و درصد رطوبتی است که در این رطوبت و رطوبت های بالاتر از آن، خاک به صورت سیال لزج عمل می کند.
برای به دست آوردن مقدار حد روانی در آزمایشگاه، از دستگاه حد روانی کاساگرانده استفاده می شود (شکل الف). دستگاه کاساگرانده وسیله ای مکانیکی است. این پیاله از پشت به وسیله سنجاقی روی دو پایه ای که خود بر روی سکویی از جنس پلاستیک سخت قرار دارد، لولا می شود. به وسیله گرداندن یک دسته، پیاله روی لولا چرخیده، بالا رفته، سپس پایین می افتد و در حقیقت ضربه ای به کف آن وارد می شود. همراه با این وسیله، میله¬ای نیز برای ایجاد شکاف استاندارد در داخل نمونه خاک داخل پیاله تعبیه شده است. برای انجام این آزمایش، خاکی که به شکل یک خمیر یکنواخت آماده شده است، در جام کاساگرانده قرار می گیرد. سپس با استفاده از شیارکش، روی خاک در امتداد محور تقارن جام، شیاری ایجاد می شود. دسته دستگاه با سرعتی برابر دو ضربه در ثانیه چرخانده می شود و این کار تا زمانی که شیار در طولی برابر 13 میلی متر بسته شود، تکرار می شود. تعداد ضربات لازم برای بسته شدن شیار، ثبت شده و سپس درصد رطوبت خاک داخل ظرف با آزمایش به دست می آید. حد روانی یک خاک را می توان به صورت تقریبی از رابطه زیر (روش تک نقطه ای) به دست آورد:

w_N برابر با درصد رطوبت خاک برداشته شده از جام دستگاه است. اعتبار این رابطه برای N بین 20 تا 30 می باشد.

حد خمیری (PL):
مرز بین حالت خمیری و نیمه جامد و درصد رطوبتی است که خاک در این رطوبت تا قبل از حد روانی، به صورت خمیری رفتار می کند.
حد خميری در آزمايشگاه، به صورت درصد رطوبتی به دست می آید كه در آن خاك در اثر فتيله شدن هنگامی كه قطری برابر حدود 3.2 ميليمتر دارد، شروع به ترك خوردن مي كند. اين آزمايش ممكن است تا حدی وابسته به شخص آزمايش كننده به نظر برسد و نتايج نيز بر حسب اينكه چه كسی آزمايش را انجام مي دهد، متفاوت باشد؛ ولي با تكرار آزمايش، تايج تقريبا مشابهی مي توان به دست آورد (شکل ب).

حد انقباض (SL):
مرز بین حالت نیمه جامد و جامد و درصد رطوبتی است که اگر رطوبت خاک از آن کمتر شود، تغییری در حجم خاک به وجود نمی آید.
حدود اتربرگ نه تنها برای طبقه بندی خاک به کار می روند، بلکه در به کار بردن برخی روابط تجربی برای دیگر مقاصد مهندسی نیز مفید هستند. مقدار این حدود به روش های مختلفی در محاسبات مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین ارتباط نزدیکی بین این حدود و خواص تراکم پذیری، نفوذ پذیری و مقاومت خاک وجود دارد. بنابراین از این حدود، شاخص هایی استخراج می شود که در محاسبات مکانیک خاک کاربرد گسترده ای دارند:

شاخص خمیری (PI):
درصدرطوبتی که باید به خاک اضافه شود تا از حد خمیری به حد روانی برسد شاخص خمیری (PI) و اختلاف حد روانی و خمیری خاک می باشد.

PI=LL-PL
بنابر این تعریف، گروه های مختلف خاک با توجه به مقدار شاخص خمیری به شکل زیر دسته بندی می شوند:
(3-0) غیرپلاستیک
(15-3) کمی پلاستیک
(30-15) حدودا پلاستیک
(> 30) شدیدا پلاستیک

شاخص روانی (LI):
برابر نسبت اختلاف بین درصد رطوبت خاک در محل با حد خمیری، تقسیم بر شاخص خمیری است، یعنی:

آزمایش دانه بندی

آزمایش دانه بندی (Particle Size Analysis)

AASHTO 87-81 و ASTM D 422-87	شماره استاندارد آماده سازی نمونه در آزمایش دانه بندی
AASHTO 88-81 و ASTM D 422-87	شماره استاندارد آزمایش دانه بندی
جدا سازی دانه های خاک در اندازه های مختلف.	هدف آزمایش
بر روی تمام خاک ها انجام می گیرد.	موارد کاربرد

AASHTO T 87-86 & T 88-90 و ASTM D 421-58 & D 422-63	شماره استاندارد آزمایش هیدرومتری
تکمیل بخش ریزدانه منحنی دانه بندی.	هدف آزمایش
بر روی خاک های گذرنده از الک 200 اجرا می شود.	موارد کاربرد

امروزه اهمیت پی بردن به توزیع و اندازه دانه های خاک به قدری است که این آزمایش (دانه بندی) در اکثر آزمایشگاه ها به عنوان یک آزمایش ضروری انجام می شود.
دانه بندی به دو روش عمده انجام می شود: الک و هیدرومتری
در روش دانه بندی با الک، با استفاده از مجموعه ای از الک ها و لرزاندن آنها، درصد وزنی دانه های مختلف خاک را به دست می آورند. این آزمایش غالبا برای جدا کردن ذرات بزرگتر از الک 200 استفاده می شود و با این آزمایش توزیع اندازه ذرات در خاک و درصد حضور شن و ماسه در خاک مورد نظر مشخص می شود. همچنین در خاک ریز دانه برای ارزیابی توزیع ذرات در خاک و مشخص نمودن درصد لای و رس از آزمایش هیدرومتری استفاده می شود.

1- آزمایش الک: آزمایش الک به دو صورت خشک و تر مورد آزمایش قرار می گیرد.
روش خشک: در روش خشک مقداری از خاک را گرفته، دانه های خشک و کلوخی شکل را خرد می کنند و در مجموعه ای از الک ها قرار می دهند. با لرزش این مجموعه به مدت 10 دقیقه، درصد وزنی مقادیر باقیمانده روی هر الک را مشخص کرده، منحنی دانه بندی برای درصد عبوری ترسیم می گردد. این روش برای خاک های درشت دانه موثرتر است.
روش تر: در این روش خاک ریزدانه را روی الک 200 ریخته، با فشار آب، الک و خاک را تا جایی که آب خارج شده شفاف و رقیق شود، می شویند و بعد آن را خشک می کنند. سپس دانه های مانده روی آن را برای آزمایش الک و بقیه را برای هیدرومتری به کار می برند.

2- آزمایش هیدرومتری
روش هیدرومتری یکی از متداول ترین روش هایی است که برای تخمین اندازه ذرات خاک گذرنده از الک شماره 200 به کار می رود. رفتار خاک مخصوصا خاک های چسبنده بیشتر به نوع و درصد کانی های رس، تاریخچه زمین شناسی و درصد آب موجود در آن بستگی دارد تا به نحوه توزیع دانه بندی خاک. در آنالیز هیدرومتری از رابطه بین سرعت متوسط ذرات کروی در مایع، قطر ذرات، وزن مخصوص ذرات، وزن مخصوص مایع و لزجت مایع که در قانون استوکس به کار می روند، استفاده می شود:

به طوری که:
V: سرعت سقوط ذرات کروی (cm/s)
S_γ: وزن مخصوص ذرات خاک (gr/cm³)
u_γ: وزن مخصوص مایع (gr/cm³)
η: لزجت مطلق و یا دینامیکی مایع
D: قطر ذرات خاک (cm)
در رابطه فوق با قرار دادن وزن مخصوص آب به جای u_γ، مقدار D براب خواهد بود با:

محدوده قطر ذرات برای این رابطه برابر است با:

درصد ریزدانه به طور مستقیم به قرائت هیدرومتر 152 H بستگی دارد، به شرط آن که وزن مخصوص خاک gr/cm3 2.65 و وزن مخصوص آب gr/cm3 1 باشد.

محلول پراکنده ساز می تواند بروی آب مقداری تاثیر داشته باشد و همچنین دمای آزمایش می تواند در حدود 20 درجه سانتی گراد و G_S ذرات 2.65 نباشد. بنابراین تصحیحاتی برای رسیدن به مقدار واقعی قرائت ها لازم است.

R_a= R_actual
R_c: مقدار خاک (g) در مخلوط آب و خاک در یک زمان مشخص شده t (این همان است که از رابطه تصحیح شده بالا به دست می آید).
C_T: تصحیح دما
Zero Correction: تصحیح صفر.
اگر مقدار GS ذرات 2.65 نباشد، می توان از تناسب زیر برای مقدار a استفاده کرد:

درصد ذرات ریزدانه وقتی G_s برابر 2.65 نباشد به صورت زیر محاسبه می شود:

که W_s برابر جرم نمونه خاک موجود در مخلوط آب و خاک است.

آزمایش مقاومت فشاری بتن

مقاومت فشاری بتن (Compressive strength of concrete )

ASTM C39-86	شماره استاندارد آزمایش
تعیین مقاومت فشاری نمونه های بتن.	هدف آزمایش

مقاومت فشاری هر ماده به صورت مقاومت در برابر خرابی تحت بار فشاری را گویند. به خصوص برای بتن، مقاومت فشاری، پارامتر مهمی جهت تعیین عملکرد مواد در طول مدتی که سرویس دهی می کنند، می باشد. بتن را
می توان ترکیبی جهت رفع نیازها مهندسی و خواص با دوام مورد نیاز آنها، معرفی کرد. برخی از دیگر خواص مهندسی بتن سخت، شامل مدول الاستیسیته، استحکام کششی، ضرایب خزش، چگالی، ضریب انبساط حرارتی می باشند.

مقاومت فشاری بتن در آزمایشگاه بچینگ پلانت برای هر دسته ای به منظور حفظ کیفیت مورد نظر بتن در طول مدت عمل آوری تعیین می شود. مقاومت بتن برای محاسبه مقاومت اعضا مورد نیاز است. نمونه های بتن ساخته شده و تحت نیروی فشاری برای به دست آوردن مقاومت فشاری آن، مورد آزمایش قرار می گیرند. به عبارت بسیار ساده، مقاومت فشاری با تقسیم بار شکست به مساحت اعمال بار، معمولاً پس از 28 روز از نگه داری و عمل آوری بتن محاسبه می شود. هرچه نسبت آب به سیمان کمتر باشد مقاومت فشاری بالاتر خواهد بود.
ظرفیت بتن برحسب psi بر اینچ مربع در واحد ایالت متحد و بر حسب مگاپاسکال در واحد SI گزارش می شود. برای مصارف معمول، مقاومت فشاری بتن بین 0.1 تا 61 مگاپاسکال می باشد.
روند تعیین مقاومت فشاری بتن
حداقل سه نمونه برای هر تست انتخاب می شود که قبل از انجام آزمایش باید به مدت 24 ساعت در آب مرطوب شوند. سپس نمونه ها را در دستگاه تست مورد آزمایش قرار می دهیم و مقاومت فشاری نمونه از تقسیم حداکثر بار اعمال شده به سطح مقطع آن محاسبه می شود.

آزمایش نفوذپذیری

آزمایش نفوذ پذیری (Permeability Test)

AASHTO 215-81 و ASTM D 2434-87	شماره استاندارد آزمایش
تعیین ضریب نفوذپذیری خاک.	هدف آزمایش
برای آزمایش بر روی خاک های درشت دانه از آزمایش با بار ثابت و بر روی خاک های ریز دانه از آزمایش با بار افتان استفاده می شود.	موارد کاربرد

به طور کلی خاک که به دلیل وجود فضاهای خالی مرتبط در داخل آن امکان جریان یافتن آب را از نقاط با انرژی بالا به نقاط با انرژی پایین فراهم می‌سازد، نفوذپذیر است. در مکانیک خاک بررسی جریان آب در داخل خاک نفوذپذیر

دارای اهمیت است. این موضوع برای تخمین مقدار تراوش زیرزمینی در شرایط هیدرولیکی مختلف، جهت بررسی مسائل مربوط به پمپاژ آب در عملیات ساختمانی زیرزمینی و برای تحلیل پایداری سدهای خاکی و سازه‌های نگهدارنده خاک تحت نیروهای تراوش ضرورت دارد. نفوذپذیری امکان جریان آب از درون خاک اشباع است. نفوذپذیری زیاد بیانگر این است که آب با سرعت از درون حفرات خاک جریان می یابد. ضریب نفوذپذیری در آزمایشگاه با آزمایش هد ثابت (Constant head) یا هد افتان (Falling head) اندازه گیری می شود.

آزمایش نفوذپذیری با هد ثابت:
این آزمایش برای تعیین ضریب نفوذپذیری ماسه ها و خاک های با نفوذپذیری زیاد به کار می رود. شکل زیر اصول آزمایش نفوذپذیری با هد ثابت را نشان می دهد. یک نمونه اشباع خاک در محل نمونه قرار گرفته و سپس اختلاف هد ∆h در طول آزمایش ثابت نگه داشته می شود. ضریب نفوذپذیری نمونه با رابطه زیر محاسبه می شود.

K: ضریب نفوذپذیری
V: سرعت جریان آب به خارج خاک
Q: حجم کل آب جمع شده در زمان t
A: سطح مقطع نمونه خاک
L: طول کل نمونه
∆h: اختلاف هد کل
t: زمان انجام آزمایش
اغلب آزمایش با یک بار (هد) انجام می شود و میانگین آزمایشات تعیین می شود.

آزمایش نفوذپذیری بار افتان:
در حالت خاک های ریزدانه باید از آزمایش نفوذپذیری با ارتفاع افتان استفاده شود. در مورد خاک های ریزدانه معمولا آزمایش بر روی نمونه های دست نخورده انجام می شود و ممکن است که استوانه آزمایش همان لوله نمونه گیر باشد. طول نمونه برابر 1 و سطح مقطع آن برابر A است. در طرفین نمونه خاک صفحات فلزی مشبک قرار داده می شود و لوله باریکی به سطح مقطع a به بالای استوانه متصل می شود. آب به داخل مخزنی با سطح آب ثابت جریان پیدا می کند. لوله باریک را پر از آب کرده و مدت زمان لازم t که ارتفاع آب در این لوله از h₀ به hf کاهش پیدا میکند اندازه گرفته می شود. در هر لحظه t ارتفاع سطح آب در لوله برابر h و سرعت تغییرات آن برابر dh/dy است. در لحظه t بار آبی بین بالا و پایین نمونه برابر h است و بنابر قانون دارسی نتیجه می دهد :

K: ضریب نفوذپذیری
A: سطح مقطع داخلی نمونه
L: طول نمونه
h₀: ارتفاع اولیه آب مقطر در لوله
hf: ارتفاع نهایی آب مقطر در نمونه
t: زمانی که طول می کشد ارتفاع آب از h₀ به hf برسد.
شکل مقابل اصول آزمایش نفوذپذیری با با هد افتان را نشان می دهد.

آزمایش‌های سه محوری

آزمایش‌های سه محوری (Triaxial Test):

ASTM D 4767-88	شماره استاندارد آزمایش CU
AASHTO T 234-90 و ASTM D 2850-87	شماره استاندارد آزمایش UU
تعیین پارامترهای مقاومت برشی خاک.	هدف آزمایش
برای تمامی خاک ها مورد استفاده قرار می گیرد. البته درمورد خاک های چسبنده باید از نمونه های بدون دستخوردگی و یا با حداقل دستخوردگی استفاده کرد.	موارد کاربرد

نمونه خاک درون محفظه‌ای قرار گرفته و سپس فشار همه‌جانبه به آن وارد می‌شود. که در این حالت اگر شیرهای خروج آب باز گذاشته شود (و سرعت انجام آزمایش به قدر کافی کم باشد)، نمونه تحکیم می یابد و فشار منفذی به صفر می‌رسد. پس از این مرحله با اعمال تنش انحرافی نمونه گسیخته می‌شود درصورتی که در این مرحله شیرهای خروج آب باز نگه داشته شود و سرعت انجام آزمایش به قدر کافی کم باشد، نمونه زهکشی می شود.
این آزمایش تحت فشارهای جانبی مختلف تکرار می‌شود سپس دوایر موهر و پوش آن‌ها رسم می‌گردد، شیب خط پوش گسیختگی، زاویه اصطکاک داخلی خاک و عرض از مبدأ آن چسبندگی خاک را بدست می‌دهد.
این آزمایش به سه شکل انجام می‌گیرد:

1- تحکیم یافته زهکشی شده (CD)
مرحله 1: ابتدا فشار همه‌جانبه اعمال می‌شود سپس اجازه زهکشی کامل به نمونه داده می‌شود تا فشار آب حفره‌ای به صفر برسد.
مرحله 2: تنش انحرافی به آرامی (با سرعت کم) اعمال می‌شود و اجازه زهکش داده می شود تا فشار آب حفره‌ای به صفر برسد. در لحظه گسیختگی نیز فشار آب حفره‌ای صفر خواهد بود.
لذا برای آزمایش تحکیم یافته زهکشی شده در لحظه گسیختگی، داریم:

2- تحکیم یافته زهکشی نشده(CU)
مرحله 1: ابتدا فشار همه‌جانبه اعمال می‌شود و سپس اجازه زهکشی کامل به نمونه داده می‌شود تا فشار آب حفره‌ای به صفر برسد.
مرحله 2: تنش انحرافی به آرامی (با سرعت کم) اعمال می‌شود و اجازه زهکش داده نمی شود لذا در این مرحله مقدار فشار آب حفره‌ای برابر صفر نخواهد بود.
لذا برای آزمایش تحکیم یافته زهکشی نشده در لحظه گسیختگی، داریم:

3- تحکیم نیافته زهکشی نشده(UU)
مرحله 1: ابتدا فشار همه‌جانبه اعمال می‌شود اما اجازه زهکشی به نمونه داده نمی‌شود. لذا در این مرحله مقدار فشار آب حفره‌ای برابر صفر نخواهد بود.
مرحله 2: تنش انحرافی به آرامی (با سرعت کم) اعمال می‌شود و اجازه زهکش داده نمی شود.
لذا برای آزمایش تحکیم نیافته زهکشی نشده در لحظه گسیختگی، داریم: