خواص مکانیکی خاک

صفحه 1:
خواص مکانیکی خاک ۱. مقاومت برشی ۲ اصطکاک ۳ چسبن د گی این خواص از دو جهت برای عملیات خاکت ورزی اهمیت دارند: ‎٠‏ عملکرد کششی ترا کتور ‏۱. نیروی مورد نیاز برای ادوات خا کورزی ‎1 

صفحه 2:
مقاومت برشی 6۷2-۷ ‎Gheor‏ STRESS A: Cemented B: Loose C: Dense STRAIN Figure 5.25-Typical shear stress-strain diagrams for soils in three conditions: A: cemented, B: loose, and C: dense. 

صفحه 3:
قانون موهر - کولن گسیختگی در مواد موقعی رخ می دهد که تنش برشى در صفحه ای خاص از مقاومت برشی ماده بیشتر باشد * مقاومت برشی (9) در هر صفحه ای تابعی از تتش عمودی (0) در ان صفحه است. G=P (0) 

صفحه 4:
پوش کسیختگی در خاک ‎Goi Pulure Cuvelope‏ NORMAL STRESS, (7 5 ‏أده‎ SHEAR STRESS, T 

صفحه 5:
Dieplacernent 7 ۳ هو لب ‎Prane‏ ‎‘Star of Test‏ Sot Specimen Failure of Sl Figure 5.27-Direct shear test apparatus. 0 02 04 06 08 1.0 12 NORMAL STRESS (MPa) Figure 5.28-Typical result of direct shear test. SHEAR STRESS (MPa) 

صفحه 6:
مه هس | و ول ار ع اا ‎wig‏ Figure 582-A triarial shear test apparatus, os ay ‏+و6‎ 0 Os ‎a‏ ملكا ‎Os 6, + 0 Figure 5.29-(a) Application of hydrostatic stresses during ‎consolidation, (b) application of the normal deviatoric sstress to cause shear failure. ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 7:
انواع تست سه صحوری ‎٠‏ زهكشى شده (ل) ,له-2 ‏مقادیر موثر جح یر 2 * زهکشی در مرحله تحکیم ‏(سم) , له:() مشلباریوون ‏مقادیر موثر ‎F,=0,- u,‏ ولا 0 3 يه فشار لبسوجود در خلاو فرج ‎٠‏ زهکشی نشده (م) ,له ب فشار ابسوجود در خلاو فرج 12 - 20 و3 , نا ,050 

صفحه 8:
Consotdaiog uneainas Tost SHEAR STRESS NORMAL STRESS, ۳ سم سم Figure 5.33-Effective-stress and total-stress envelopes. هو Soil Failure Envelope — Fo7 SHEAR STRESS: e > Og ‏سامت‎ 0 te NORMAL STRESS ‏و‎ 1 3 Mohr's circle representation of principal 

صفحه 9:
يوش کسیختطی درخاگهای غیر چسینهه ‎Cwelbpe Por Cokesivdess svils‏ حصاه۳) زاویه اصطکاک داخلی برای خاک هی غیر چسبنده بین 06 تا 4۳6 درجه این زاویه با فزایش دانسیته خاک افزایش می يابد خاک های خیلی سبک و شل با ساختمان ناپایدار ممکن است به زیر 400 درجه برسد SHEAR STRESS G=o Tas (~) NORMAL STRESS Eh Figure 5.33-Effective-stress and total-stress envelopes. 

صفحه 10:
اندازه گیری مقاومت برشی به روش صحرایی روش استوانه اى 95 3 ‎Rove shea box‏ TORQUE Go 3M ‘SHEAR BOX S=> 3 WEIGHTS 2ar’ Soe ‏روش استوافه اى قو خالى_/ اس‎ an =o ‏و‎ ۷ igre ‏مق‎ eldoil shea AE 27 ‏م‎ 2 

صفحه 11:
ad روش پره ای جل ۱ ‘TORQUE ارتفاع به شعاع برابر 4 بار عمودي امکان پ Figure 5.36-A vane shear apparatus. 

صفحه 12:
مثال:در يك ازمایش سه محوري فشار استاتيکي اولیه !0000و بوده است. نمونه در فشار !206000 و فشار اب خلل و فرج !2000 گسیخته شد. اگر گسيختگي در زاویه 57 درجه نسبت به سطح افق اتفاق افتد الف) مقادیر تتش برشي و عمودي را در سطح گسيختگي تعیین بب اگر مقدار همچسبي براي نمونه 000۲۲ باشد و زاویه اصطکاك داخلي آن 24 درجه باشد. نشان دهید چرا گسيختگي در زاویه 57 درجه اتفاق افتاده است؟ 

صفحه 13:
| 200-48002 02280۲ 0228003 ,20 0 220076 وه ‎Dei‏ 014 ,480-200 ,480200 ووو :9 نك 0خ 2 2 2 ‎=12%kpa‏ 20014 480 _ وم گم ‏1808 1-283 - 6< 7 ‎S=c+o tanp =80+102ar4=127‏ ‎Jade cyl‏ بربر تتش برشي اعمال شده در صفحه گسيختگي است. لذا گسيخنگي اتفاق مي افتد ‎gue rae fag dss got ee ane‏ لفان لي ونا 0 34- )مهم ,200 3 ,2:00 208 ‎28m‏ = ‏و60 180-1 7-2340 340< ۶ ‎o ‏مر مزا ی مه ‎S=80+16QGQar4=15kpa‏ ‎ig 3 _140= 1406151 9‏ لذاگسیختگی در این صفحه اتفاق نمی آفتد 2 ‎ 

صفحه 14:
ae جمع بندی مقاومت برشی ‎(Resistnave to sheur (shear piece)‏ مقاومت خاك از طریق همچسبي 779 و اصطکاك داخلي ایجاد می شود خاك هاي رسي اشباع اصطكاك داخلي ندارند وزن بر روي مقاومت خاك رسي تاثير ندارد خاك هاي شني جسبندكي ندارند بنابراين مقاومت آنها تنها در اثر اصطکاك داخلي است در خاك شني تنها وزن باعث افزايش مقاومت مي گردد 

صفحه 15:
(Proto StS! * اصطكاك بين خاك - جسم خارجی (فلز) لإ * اصطكاك بين خاك - خاك ١إ”‏ هنكام حركت نسبي بين توده هاي خاك. يس از كسيختكي در جعبه تست بدست مي ايد * اصطكاك داخلى (۳)۲ موقعی عمل می کند که گسيختگي در آثر اعمال نيروي برش | ة, افتد هبح (0/0) مه ۱ as 

صفحه 16:
‎Odkesioa Gz 50°‏ 7 نيروي جذبي بین دو جسم ناهمسان - در خاك در اثر لایه نازك رطوبت ایجاد مي شود 7 نيروي جذبي بستگي به کشش سطحي اب دارد * در کاربرد هاي مکانيك نمي توان چسبندگي و اصطکاك را از هم منفك کرد ‏- اثر توام اين دو اصطکاك ظاهري نامیده مي شود. ‎ ‎06 

صفحه 17:
اثر رطوبت بر احططاک ظاهری *در رطوبت کم نيروي اصطکاك فقط در اثر لغزش *با افزایش رطوبت اصطکاك بدلیل افزایش چسبندگي زیاد مي شود (اثر توام لغزش و *افزایش بیش از حد رطوبت باعث روانكاري بین ذرات شده اصطکاك کم مي شود 4 9 2 2 3 a 52 2 6 5 1 3 ‏ع‎ ‎0 ‎0 10 20 30 SOIL MOISTURE (%) Figure 5.38-Effect of soil moisture content on appare coefficient of friction (Gill and Vandenberg, 1968). 35 

صفحه 18:
بررسی مکانیک ابزار خاکورزی * مطالعات تجربي از طریق اندازه گيري مستقیم نيروي مورد نیاز * مطالعات نظري از طريق ارائه مدل هاي رياضي - مدل ج0900 براي يك ابزار ساده براي مطالعه تقابل بين خاك و ابزار در حين حركت در داخل خاك براى برأورد نيروي كششي مورد Figure 630-An inclined plane tillage tool (Soehne, 1856, cited in Gill and Vandenberg, 1968) 06 

صفحه 19:
فرضيات مدل * عوامل تاثیر گذار: - اصطكاك بين خاك - فلز - نيروي برشي در گسيختگي - شتاب توده هاي خاك - مقاومت برشي تيغه براي برش كف عصدم ا ط و12 بش - جسم بدون شتاب حركت مي كند (تعادل استاتيكي) 06 

صفحه 20:
تصویر جسم آزاد سیستم Figure 5.40-Soil and tool reaction forees (Soehne, 1956, cited in Gill and Vandenberg, 1968). هه 

صفحه 21:
معادله تعادل استاتيکي نیرو ها در امتداد افقي براي تيغه ۳ forces in the horizontal direction and equating them to zero the following equation is obtained: D=F, sind + WF, cosé + kb (5.23) where D = horizontal draft force HW’ = coefficient of soil-metal friction Fo= normal load on the inclined plane k = soil cutting resistance 8 = tool lift angle The specific draft of the soil (D*) is defined as: =D-kb or D*=Fosin5+Fop'cosd (5.24) 

صفحه 22:
معادله تعادل استاتيكي نیرو ها در امتداد عمودي براي توده خاك Summing all the vertical components of forces acting on the soil mass and equating them to zero for equilibrium results in the following equation: W- Fy (cos 8 - p’ sin 8)— ‏و۳‎ (cos B — sin B) +(CA, +B) sin ch B=0 (5.25) normal force on the forward failure surface (N) angle of the forward failure surface (rad) efficient of internal soil friction (~) rea of forward shear failure surface (m2) soil cohesion (Pa) soil acceleration force (N) ee 

صفحه 23:
معادله تعادل استاتيکي نیرو ها در امتداد افقي براي توده خاك Fo (sin 5 + pcos 8) - Fj (sin B + wcos 8) (CA, +B) cosB=0 (5.26) Equation 5.24 can be used to solve for Fy. Substituting Fy in equation 5.26 to solve for F, we get: _D’ (CA, +B) cos B sinB + pcosB F, (5.27) Substituting for Fy and F, in equation 5.25 gives: w-| sind sin + p’ cos + (CA, +B) sinB=0 [p* - (CA, - B) cos] (pou sab Expanding and rearranging terms gives: 58 p sind , cosB—y sinB)_ wy , ind + W’ cos” sinB + pcos sinB + wcosB. 5 

صفحه 24:
Hsing , cosB~ p sinB sind +p’ cos8 — sinB + ‏و‎ اگر "را به صورت زیر در نظر بگیریم لسن ‎ z(sinB + pcos)‏ 2 اين معادله رابطه بین نیرو هاي عمل کننده بر سیستم متشکل از خاك - ابزار رانشان مي دهد (5.28) )0( ‏محاسبه وزن لوده خاک‎ ‏سم لا‎ +L, 2) where y = wet bulk density of soil (kg/m3) b = tool width (m) d = tool depth (m) d= d {{sin(8+B))/sin B} (m) L,= d {{cos(5+B)I/sin B} (m) Lead toad (wo) Figure 5.41-Segment of soil on the inclined tillage plane tillage tool (Soehne, 1956, cited in Gill and Vandenberg, 1968). 

صفحه 25:
es ‘The shear plane area (Ay) can be determined easily from either figure 5.40 or 5.41 and it is given by: ‎Ay = ba 630‏ ‎sinB‏ محاسبه سطح صفحه برش خاک ‎ ‎The acceleration force (B) is the only item in equation 5.27 that remains to be specified. Using Newton’s Second Law of Motion: ‎(531) ‎ ‎accelerated soil mass (m/s) soil velocity (uniform within the mass) (m/s) ‎ ‎‘The mass of the soil being accelerated or disturbed by the tool at time (t) is given by: ‏)632( ,انا 1« محاسبه چرم خاک شتلب گرفته توسط تیفه ‎ool velocity (m/s) average time a particle of soil is engaged by the tool (s) acceleration due to gravity (m/s?) ‎ 

صفحه 26:
محاسبه شتاب ‎(uid)‏ 0 é ry ‘Soehne assumed that: 1 ‏عه‎ os 3 dv. Av ‏سرعتنسبيبينتودم خاكو تيغع م‎ 0. و تسر كتقية ۳ ‎At‏ أل اين سه بردار تشكيل يك مثلث بسته را مي دهند. ‎the soil was initially at rest at time t = 0. In addition,‏ معصنه ۵ ‎since the velocity vectors (vo, v, and v,) form a closed triangle, we‏ ‎can write the following relationship:‏ Vo Vg C05 B + ve cos 3 and vg sin B= vp sin 8 so that v, can be eliminated to give: sind oe Sin(8 + B) ‏دنا‎ Substituting equations 5.32, 5.33, and 5.34 into 5.31 and simplifying gives: = Lbay? —sind Bag sin(5 + B) ‏تس‎ 88 

صفحه 27:
از روي زاويه اصطكاك داخلي مي توان ضریب اصطکاك خاك را محاسبه نمود ۵ هماع ۲ where 4 is the angle of internal friction. The angle B can be evaluated from the equation (see fig. 5.31): ‎Bs 5‏ از روی دایره موهر 

صفحه 28:
رابطه بین سرعت و مقاومت برشی خاک 9 000) 5 ‏نیروی کششی مورد نیاز]‎ [ 120 ‏نم‎ ‎Silty Clay Loam 100 eo 3 Les © 80 -~-. Calculated Fe 60 —— Measured = le 40 < 5 20 0 0 0.2 0.4 06 08 10 TOOL VELOCITY (m/s) Figure 5.44-Measured and calculated draft of an inclined 55 tillage tool at various tool velocities (Rowe and Barnes, 1961, cited in Gill and Vandenberg, 1968). 

صفحه 29:
eo آثر مقاومت خاک بر ععلکرد تراکتور 2 6 ee )0600( ‏نيروي کشش مالبندي‎ لسفزش 96 

صفحه 30:
شكل يذيرى در خاكها Phsic Gols pd, JSS cb JE — در محدوده خاصي از رطوبت به هر شكلي در مي ایند — پس از خشك شدن شکل خود را حفظ می کنند 7 مثل خاك رسي. رسي شني خاك های شکل ناپذیر) ) 0۰() - در هيج وطوبتي شكل خاصي به خود نمي كيرد یی برد شني 

صفحه 31:
مراحل خشک شدن خاک های شکل پذیر 1 بروز چسبندگي (همچسبي و دگرچسبی) دررطوبت زیاد باعث از بین رفتن ساختمان خاك در اثر شخم 2 شکل پذيري (به هر شکل دلخواه) *_ هنوز نامناسب براي شخم 3 ترد (صاط)يبدليل شكننده بودن به اساني خرد مي شود *_ بهترین زمان براي شخم (اصطلاحا گاو رو) 4 سخت شدن (ایجاد کلوخه در اثر شخم) هرخاكي در يك رطوبت معین به حالت تردي مي رسد!! 60 

صفحه 32:
le Sl ‏خمیرایی‎ ‎Goil Plasticity ooostaat * حدود خميرايي با ردص - حد بالاي خميرابي ‎Opper Pht Livi‏ * درصد رطوبتي كه خاك بسختي جريان مي يابد * به صورت مايع غليظ لغجهنا س0 - حد يابين خميرابي ‎Lower Plastic Licvt‏ * مرحله شروع شكل يذيري * به عبارتي حداکثر رطوبتي که خاك به صورت ترد باقي مي ماند ‎Phostc Durnber (1! 05 95) ۴‏ - تفاوت بين دو حد خميرايي - بيانكر مقدار كلوئيد خاك است - هر جه مقدار كلوئيد بيشتر باشد (رسي) حد يايين افزايش يافته رقم خميرابي كم مي شود هه 

صفحه 33:
رابطه بین مقاومت شکستگی خاک و رقم ‎١‏ رات خمیرایی و رطوبت وا سس ‏6 + 20+ 2) /0061- ب 1 ‏,0: مفايستشكستكيخاك 9م ‏(): ديصد يطوبتخاك ‏,0 : حد پايين‌هموليي ‏: بقم خميوليي ‏8): فشر وارد بسر اكوم با افزايش رطوبت مقاومت خاك افزايش مي يابد تا برسد به حد يايين خميرايي كه بس از ان كاهش مي يابد این رابطه تا رطوبت حد پایین صادق است ‎99 

صفحه 34:
مروری بر کگشش در تراکتور * کشش ایجاد شده در چرخ یا شني بستگي به مقاومت برشي خاك دارد ۱ ۱ ۱ * خاك مرطوب بدلیل مقاومت کم چرخ ها را دچار لغزش مي کند ( بدلیل پتانسل کم كششي خاك) * مقاومت در خاك هاي رسي مرطوب به صورت چسبندگي است « افزایش مقاومت غلتشي) * مقاومت در خاك هاي سبك از طريق اصطکاك داخلی فراهم می شود of 

صفحه 35:
کشش و وزن وارد بر خاک 8 9شزفل‎ ‎ee‏ و نيروي كشش مالبندي (0)00) ‏* در خاكهاي شنى جون مقاومت در اثر اصطكاك داخلى است افزايش وزن تنها را حل است ‏* در خاك هاي رسى مقاومت در اثر جسبندكي بوده وزن ناثير نداشته و افزایش کشش با آفزايش سطح ممکن است [افزایش مقاومت غلت ) ‏* در خاك هاي معمولی هر دو عامل اصطکاك داخلي و سطح باعث افزایش ‎Pubs‏ مي گردد 5 5 ‎ 

صفحه 36:
*مشابه رابطه کرنش *در اثر اعمال نيروي کششي در خاك جابجايي یا تغییر شکل ایجاد مي گردد ‎Cc‏ ‏*جابجايي و تغغیر شکل خاك باعث کاهش سرعت پيشروي یا لغزش مي شود *بیشترین مقاومت خاك در يك حد معین از لغزش حاصل مي شود “هنكام كار بايد لغزش كمتر از حداکثر مقدار خود باشد زیر سس ساختمان خاك از بين مي رود A: Cemented B: Loose C: Dense جابجايي (تفییر شکل خال) 9 

صفحه 37:
رابطه بین سرعت و وزن صورد نیاز وارد بر چرخ افزایش سرعت سبب افزایش مقاومت خاك مي شود وزن مورد نیاز کم مي شود کر ‎Sy clay‏ 1200 ۱ ۲ ور مت 3 ‎my Ze ae‏ 8 5 : 5 3° وزن وارد بر چرخ سوالب! سرعت ‎E °F‏ 3 ۳ 5 ‎Soo FOO‏ پيشروي ‎4.9 999 99 oF or er 9*۶ ee 90 9۰ 99 or ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 38:
تعاریف کشت اسه ۷ CoePPictect oP traction (P/O) ‏شم‎ CPRictewy = 0.0. Power! One Power QRoltay Qevistrwe=ade power — 0.0. Power 2 6 N / %slip=— 

صفحه 39:
روش های اندازه گیری لغزش * روش مسافت ثابت روش دور ثابت هه 

صفحه 40:
عوامل موثر بر لغزش ‎٠‏ خصوصيات خاك - بافت خاك - رطوبت خاك - سطح خاك (بقاباي گياهي) خصوصیات چرخ - سطح تماس (قطر و اندازه) - فشار ‎ob‏ ‏وزن ‏- انتقال وزن عاج * زاویه * فاصله * ارتفاع 

صفحه 41:
مشاهده اثر بجا مانده از جرخ ا زرد ‎Shew Proper Siepage‏ ها مس ود 

صفحه 42:
eo لغزش, باز ده کششی, مقاومت غلت % Ole 

صفحه 43:
وسایل کمک کششی ‎Bids‏ مه ‎@ukst‏ ‎Oud whee‏ ‎Cag whee‏ (طوقه) ‎Grd‏ ‎Tre Trak‏ - قابل نصب روی چرخ ها - سادگی نصب - مقاومت کم در مقابل سنگ ‏- دوران مشکل ترا کتور 

صفحه 44:
ee 

صفحه 45:
خسارت وارد بر زمین در اثر تردد ۴ فشر دگی 077 - وزن مخصوص خشکت خاک حدود 1۵/۲ - معیار فشرد کی * وزن مخصوص ظاهری * درصد خلل و فرج ‎Peverruioa Resist 594) Co glio *‏ - با استفاده از نفوذ سنج سس eo 

صفحه 46:
9 فشردگی تطراری 0 لعمعمع3) حدا کثر فشردگی در اولین تردد مت - جهار جرخ كردن تراكتور تاثير زیادی بر فشردگی ندارد بيشترين تاثير فشردكى در اثر رطوبت است ۲ تا ۲ ۸ تغییر در رطوبت خسارت جبران ناپذیر خاک خشک فشرده نمی شود در رطوبت های بالا چون خلل و فرج از اب پر است و اب غیر قابل تراکم است فشرد گی کم می شود تعداد تردد 

صفحه 47:
اثر رطوبت بر فشردگی *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 بالاتر از ظرفیت مزرعه است خاک مناسب جاده سازی خاک متوسط کشاورزی 6 10 06 en 

صفحه 48:
عوارض فشردگی * کاهش ریشه دوانی ۰ کاهش زهکشی داخلی خاک ‎Ga *‏ تهویه خاکت * نیاز به توان بیشتر برای عملیات خاکورزی eo 

صفحه 49:
اکر چه عواملی مثل نزولات جوی و تردد انسان و دام موثر است ولی بشترین فشرد گی مربوط به تردد ماشین است د رکشت مکانیزه چون ماشین الات بزر گتر هستند اثر سوء بیشتر دارند بدترین فشردکی با رطوبت قبل از 0 است چون خلل و فرج اب و هوا وجود داشته روانکاری ذرات راحت تر انجام مى كيرد قوانين جاده اى حداكثر بار اكسل را 4 تن در نظر مى كيرد حال انكه در كشاورزى بارها به مراتب بيشتر هستند - كمباين بر تا ۱۵ تن - کود کار های دامی بزرک ۱۷ تن 

صفحه 50:
هه روش هاى كاهش خسارت به خاك از کار بر روی خاک های مرطوب ممانعت شود تردد در حداقل باشد - مدیریت تردد در 46930 ‎(PrePPic Parwrtery)‏ وزنه و لغزش ترا کتور مناسب انتخاب شود وزنه های اضافی از ترا کتور باز شوند از ادواتی استفاده شود که انتقال وزن بیشتر داشته باشند از وسایل کمک کشش استفاده شود هر جا امکان دارد از سرعت بیشتر و کشش کمتر استفاده شود 

خواص مکانيکی خاک .1مقاومت برشي .2اصطكاك .3چسبندگي این خواص از دو جهت برای عملیات خاک ورزی اهمیت دارند: • عملکرد کششی تراکتور .1نیروی مورد نیاز برای ادوات خاکورزی 1 Shear Strength مقاومت برشی .1 2 قانون موهر -کولن • گسیختگی در مواد موقعی رخ می دهد که تنش برشی در صفحه ای خاص از مقاومت برشی ماده بیشتر باشد • مقاومت برشی ( )Sدر هر صفحه ای تابعی از تنش عمودی () در ان صفحه است. )S=f ( 3 پوش گسیختگی در خاک Soil Failure Envelope S=c+ Tan () 4 روشهای اندازه گیری مقاومت برشی .1روش مستقیم Direct shear test 5  تست سه محوری-2 The Triaxial test 6 انواع تست سه محوری • زهکشی شده )Drained, (d ‏  ,   مقادير موثر • زهکشی در مرحله تحکیم )Consolidation Undrained , (c-u ‏   u ,    u مقادير موثر 8ب8وجود در خ8للو ف88رج ubف88ش8ار ا م 3 ‏b 3 3 3 ‏b 1 1 1 1 • زهکشی نشده )Undrained, (u uف88ش8ار ا م 8ب8وجود در خ8للو ف88رج  1  1  u ,  3  3  u 7 1  3 1   3   cos2 2 2 1   3  sin2 2 تنشها در صفحه گسيختگي 8 پوش گسیختگی درخاکهای غیر چسبنده ‏Failure Envelope for Cohesionless soils زاویه اصطکاک داخلی برای خاک های غیر چسبنده بین 28تا 42درجه این زاویه با افزایش دانسیته خاک افزایش می یابد خاک های خیلی سبک و شل با ساختمان ناپایدار ممکن است به زیر 10درجه برسد )S= Tan ( 9 اندازه گیری مقاومت برشی به روش صحرایی روش استوانه ای تو پرRound shear box 3M 2r3 ‏S روش استوانه ای تو خالي 3M ‏S 3 3 ) 2 (r1  r2 10 روش پره اي vane shear apparatus 3M ‏S 28r3 •نسبت ارتفاع به شعاع برابر 4 • تغيير بار عمودي امكان پذير نيست 11 مثال:در يك ازمايش سه محوري فشار استاتيكي اوليه 3=200kpaبوده است .نمونه در فشار `=280kpaو فشار اب خلل و فرج u=180kpaگسيخته شد .اگر گسيختگي در زاويه 57درجه نسبت به سطح افق اتفاق افتد الف) مقادير تنش برشي و عمودي را در سطح گسيختگي تعيين كنيد .ب) Gاگر مقدار همچسبي براي نمونه 80kpaباشد و زاويه اصطكاك داخلي ان 24درجه باشد ،نشان دهيد چرا گسيختگي در زاويه 57درجه اتفاق افتاده است؟ 12  3 200kpa,    1   3 280kpa,  1 280 200480kpa :حل ‏1  3 1   3 480 200 480 200 ‏ ‏ ‏cos2  ‏ ‏cos(114) 283kpa 2 2 2 2 ‏1   3 480 200 ‏ ‏sin2  ‏sin(114) 127kpa 2 2 ‏   u 283 180103kpa ‏S c   tan 80 103tan24127 اين مقدار برابر تنش برشي اعمال شده در صفحه گسيختگي است .لذا گسيختگي اتفاق مي افتد حداكثر تنش برشي در زاويه 45درجه نسبت به افق اتفاق مي افتد 480 200 480 200 ‏ ‏cos2(45) 340 ‏kpa 2 2 ‏ 340 u 340 180160 ‏kpa ‏  13 مقاومت برشي در اين صفحه ‏S 80 160tan24151 ‏kpa ‏  3 ‏ max  1 ‏140 140 151 لذاگسيختگي در اين صفحه اتفاق نمي افتد 2 جمع بندي مقاومت برشي )Resistance to shear (shear strength • • • • • 14 مقاومت خاك از طريق همچسبي cohesionو 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 است در خاك شني تنها وزن باعث افزايش مقاومت مي گردد اصطكاك Friction • اصطكاك بين خاك – جسم خارجي (فلز)  • اصطكاك بين خاك – خاك `هنگام حركت نسبي بين توده هاي خاك‌ .پس از گسيختگي در جعبه تست بدست مي ايد • اصطكاك داخلي ) Tan(موقعي عمل مي كند كه گسيختگي در اثر اعمال نيروي برشي اتفاق افتد ‏F ‏F=N )` or =tan(F/N ‏N 15 چسبندگي • همچسبي Cohesion • دگر چسبي Adhesion – 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. 16 اثر رطوبت بر اصطكاك ظاهري •در رطوبت كم نيروي اصطكاك فقط در اثر لغزش •با افزايش رطوبت اصطكاك بدليل افزايش Gچسبندگي زياد مي شود (اثر توام لغزش و •افزايش بيش از حد رطوبت باعث روانكاري بين ذرات شده اصطكاك كم مي شود 17 بررسي مكانيك ابزار خاكورزي • مطالعات تجربي از طريق اندازه گيري مستقيم نيروي مورد نياز • مطالعات نظري از طريق ارائه مدل هاي رياضي – مدل ‌ Soehneبراي يك ابزار ساده براي مطالعه تقابل بين خاك و ابزار در حين حركت در داخل خاك براي برآورد نيروي كششي مورد نياز 18 فرضيات مدل • عوامل تاثير گذار: – اصطكاك بين خاك – فلز – نيروي برشي در گسيختگي – شتاب توده هاي خاك – مقاومت برشي تيغه براي برش كف ‍Cutting Resistance – جسم بدون شتاب حركت مي كند (تعادل استاتيكي) 19 تصوير جسم آزاد سيستم 20 معادله تعادل استاتيكي نيرو ها در امتداد افقي براي تيغه 21 معادله تعادل استاتيكي نيرو ها در امتداد عمودي براي توده خاك 22 معادله تعادل استاتيكي نيرو ها در امتداد افقي براي توده خاك 23 اگر Zرا به صورت زير در نظر بگيريم اين معادله رابطه بين نيرو هاي عمل كننده بر سيستم متشكل از خاك – ابزار رانشان مي دهد محاسبه وزن توده خاك ()W )L2=d* tan (m 24 محاسبه سطح صفحه برش خاک محاسبه نیروی ناشی از شتاب توده خاک محاسبه جرم خاک شتاب گرفته توسط تیغه 25 محاسبه شتاب ()dv/dt بر اساس شكل : 5.41 : Vsسhhرعتمطلقتhhhوده hخhاك Veسhhرعتنhhسبيبhhhينتhhhوده hخhاك و تhhhيغهh V0سhhرعتحhركتتhhhيغهh اين سه بردار تشكيل يك مثلث بسته را مي دهند. 26 از روي زاويه اصطكاك داخلي مي توان ضريب اصطكاك خاك را محاسبه نمود از روی دایره موهر 27 رابطه بين سرعت و مقاومت برشي خاك ( نيروي كششي مورد نياز) 28 اثر مقاومت خاك بر عملكرد تراكتور 4WD, with ballast 20% 22 نيروي كشش مالبندي()KN 29 لGغGزش% 2WD, no ballast 7.8 شكل پذيري در خاكها • خاك هاي شكل پذير Plastic Soils – 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 • خاك هاي شكل ناپذيرNon Plastic Soils – در هيچ رZطوبتي شكل خاصي به خود نمي گيرد – خاك شني 30 مراحل خشك شدن خاك هاي شكل پذير .1بروز چسبندگي (همچسبي و دگرچسبي) دررطوبت زياد • باعث از بين رفتن ساختمان خاك در اثر شخم • هنوز نامناسب براي شخم • بهترين زمان براي شخم (اصطالحاً گاو رو) .2شكل پذيري (به هر شكل دلخواه) .3ترد (Z)‌ Friableبدليل شكننده بودن به اساني خرد مي شود .4سخت شدن (ايجاد كلوخه در اثر شخم) هرخاكي در يك رطوبت معين به حالت تردي مي رسد!! 31 خميرايي خاك ها ‏Soil Plasticity constant • حدود خميرايي Plasticity Limits – حد باالي خميرايي Upper Plastic Limits • درصد رطوبتي كه خاك بسختي جريان مي يابد • به صورت مايع غليظ Viscous Liquid – حد پايين خميرايي Lower Plastic Limit • مرحله شروع شكل پذيري • به عبارتي حداكثر رطوبتي كه خاك به صورت ترد باقي مي ماند • رقم خميرايي Plastic Number – تفاوت بين دو حد خميرايي – بيانگر مقدار كلوئيد خاك است – هر چه مقدار كلوئيد بيشتر باشد (رسي) حد پايين افزايش يافته رقم خميرايي كم مي شود 32 رابطه بين مقاومت شكستگي خاك و رقم خميرايي و رطوبت • رابطه Nichols ‏M ‏Fs 0.06 (Pn  20)  Pc  0.6 ‏Pl : FsمZقاوZمZتشZZكستگيخZاك psi : MدرZصد رZطوبZتخZاك : PlحZد پZZايZينخZميراZيZي : PnرZقZم خZميراZيZي : PcفZZشار وارد بZZر خZاك psi با افزايش رطوبت مقاومت خاك افزايش مي يابد تا برسد به حد پايين خميرايي كه پس از ان كاهش مي يابد اين رابطه تا رطوبت حد پايين صادق است 33 مروري بر كشش در تراكتور • • • • 34 كشش ايجاد شده در چرخ يا شني بستگي به مقاومت برشي خاك دارد خاك 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 كشش و وزن وارد بر خاك 4WD, with ballast 20% 22 7.8 نيروي كشش مالبندي()KN • 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 35 لGغGزش% 2WD, no ballast لغزش يا بكسوات Slip جابجايي (تغيير شكل خاك) 36 نيروي كششي •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 رابطه بين سرعت و وزن مورد نياز وارد بر چرخ افزايش سرعت سبب افزايش مقاومت خاك مي شود وزن مورد نياز كم مي شود وزن وارد بر چرخ kg/kw سرعت پيشروي ‏Km/hr 4WD 2WD 189 268 1.6 47 67 6.4 31 44 9.7 2437 33 13.0 تعاريف كشش • • • • Traction Coefficient of traction (P/ W) Tractive Efficiency = D.B. Power/Axle Power Rolling Resistance=axle power – D.B. Power Nl  Nnl %slip 100 Nl 38 روش هاي اندازه گيري لغزش • روش مسافت ثابت • روش دور ثابت 39 عوامل موثر بر لغزش • خصوصيات 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 40 تخمین تجربی لغزش مشاهده اثر بجا مانده از چرخ 41  مقاومت غلت، بازده كششي،لغزش Travtive Eff. High (S) High ® 10 15 % Slip 42 وسايل كمك كششي ‏Traction Aids ‏Ballast ‏Dual wheels ‏Cage wheels )ط8وق8هStrake (8 ‏Tire Track – – – – 43 قابل نصب روی چرخ ها سادگی نصب مقاومت کم در مقابل سنگ دوران مشکل تراکتور • • • • • 44 خسارت وارد بر زمین در اثر تردد • فشردگی Compaction – وزن مخصوص خشک خاک حدود 65/2 – معیار فشردگی • وزن مخصوص ظاهري • درصد خلل و فرج • مقاومت نفوذ Penetration Resistance – با استفاده از نفوذ سنج Penetrometer 45 فشردگی تکراری Repeated Compaction – چهار چرخ کردن تراکتور تاثیر زیادی بر فشردگی ندارد • • • • 46 بیشترین تاثیر فشردگی در اثر رطوبت است ناپذیر جبران خسارت رطوبت در تغییر % 3 تا 2 تعداد تردد خاک 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 دانسیته • حداکثر فشردگی در اولین تردد اثر رطوبت بر فشردگی •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 2 جاده سازی خاک متوسط کشاورزی 1.6 حد پایین خمیرایی 1.4 15 رطوبت% 47 10 5 دانسیته 1.8 عوارض فشردگی • • • • 48 کاهش ریشه دوانی کاهش زهکشی داخلی خاک کاهش تهویه خاک نیاز به توان بیشتر برای عملیات خاکورزی خالصه بحث فشردگی • • • • اگر 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 بدترین فشردگی با رطوبت قبل از FCاست چون خلل و فرج اب و هوا وجود داشته روانکاری ذرات راحت تر انجام می گیرد قوانین جاده ای حداکثر بار اکسل را 9تن در نظر می گیرد حال انکه در کشاورزی بارها به مراتب بیشتر هستند – کمباین پر تا 15تن – کودکار های دامی بزرگ 17تن 49 روش های کاهش خسارت به خاک • از کار بر روی خاک های مرطوب ممانعت شود • تردد در حداقل باشد – مدیریت تردد در مزرعه ()Traffic Farming • • • • • 50 وزنه و لغزش تراکتور مناسب انتخاب شود وزنه های اضافی از تراکتور باز شوند از ادواتی استفاده شود که انتقال وزن بیشتر داشته باشند از وسایل کمک کشش استفاده شود هر جا امکان دارد از سرعت بیشتر و کشش کمتر استفاده شود