كيفية حساب معامل رد فعل التربة؟

معامل رد فعل طبقة تربة التأسيس أو معامل رد فعل الطبقة التحتية هو رد فعل الضغط الذي تتحمله عينة التربة تحت لوح التحميل الصلب بقطر قياسي لكل وحدة هبوط يتم قياسها عند ضغط أو هبوط محدد.

إنه من حدود الصلابة أو الجساءة والتي تُستخدم بشكل شائع لتحديد شروط الدعم للأساسات وأساسات الحصيرة أو اللبشة. يشرح هذا الحد الاستجابة المرنة الخطية. ومن ثم، أثناء التصميم، فإن الضغط الناتج عن معامل رد فعل الطبقة السفلية يقتصر على ضغط تحمل التربة المسموح به.

معامل رد فعل التربة (k) هو الحد الأساسي المستخدم في تصميم الأرصفة والأساسات ودراسة تركيب التربة.

توضح هذه المقالة المفهوم الأساسي وكيفية تحديد معامل رد فعل التربة.

معامل رد فعل التربة

يُعرَّف معامل رد فعل الطبقة السفلية بأنه الضغط لكل وحدة تشوه للطبقة التحتية/السفلية عند ضغط معين أو تشوه محدد. يتم التعبير عنه على النحو التالي:

K = p/s

حيث، "k" هو معامل رد فعل التربة (الطبقة السفلية)، و "p" هو الضغط، و "s" هو تشوه هبوط التربة. يُقاس معامل رد فعل الطبقة السفلية ويعبر عنه بكثافة الحمل لكل وحدة إزاحة. في نظام الوحدات SI، يتم التعبير عنها كـ kN / m3. 

تحديد معامل رد فعل التربة

يتم تحديد معامل رد فعل الطبقة السفلية عن طريق اختبار التحميل على لوح تحميل في الموقع. في هذا الاختبار، يتم تطبيق إجهاد الضغط على طبقة التربة من خلال هذه الألواح الصلبة، ويتم قياس الانحرافات (الهبوط) عند قيم مختلفة من الإجهاد.

يتكون الاختبار من إطار تحميل يحتوي على رافعة هيدروليكية وكمرة رد فعل وحلقة اختبار. يتم قياس هبوط اللوحة باستخدام جهاز قياس. يتم توصيل أجهزة القياس بإطار مسند منفصل كما هو موضح في الشكل 1. الحجم القياسي للوحة التحميل يبلغ قطرها ٧٥٠ ملم.

يتم وضع اللوحة بشكل صحيح في موقع الاختبار. يجب تسوية موقع الاختبار وإعداده قبل وضع اللوحة. كما هو مبين في الشكل، توضع ألواح التقوية على اللوحة السفلية بترتيب تناقص القطر.

يبدأ إجراء الاختبار بتطبيق حمولة جلوس تبلغ 7 كيلو نيوتن / متر مربع. يتم تحرير هذا الحمل بعد بضع ثوان. ثم يتم تطبيق الحمل للتسبب في هبوط s = ٠.٢٥ ملم.

عندما لا يزيد الهبوط، أو يكون أقل من ٠.٠٢٥ ملم في الدقيقة، يتم أخذ قراءة جهاز القياس، ويتم تحديد متوسط ​​الهبوط. يتكرر هذا الإجراء حتى يصل الهبوط إلى ٠.١٧٥ سم.

كما هو مبين في الشكل 2، يتم رسم شكل بياني بين ضغط المحمل (p) والهبوط المقابل الحاصل (s) أو Δ.

يتم قراءة الضغط المقابل للهبوط ٠.١٢٥ سم من قطعة الأرض، ويتم تحديد قيمة "k" على النحو التالي:

K = p / 0.125

من المحتمل أن تضعف أو تتفكك التربة بعد عملية البناء بسبب الاهتزازات الخارجية وتغلغل المياه والأحمال الأخرى المفروضة. يتم النظر في هذا التأثير من خلال توفير تصحيحات معينة لقيمة "k". هنا، يتم تصحيح "k" في حالة التشبع الكامل للتربة. لهذا، يجب أن تخضع عينتان من موقع البناء لاختبار الدمك في حالة مشبعة وغير مشبعة. يتم إجراء اختبار الدمك، ويتم تحديد الضغط المقابل لـ ٠.١٢٥ سم لكلتا العينتين. ثم يتم إعطاء معامل التمزق المصحح من خلال:

(K '= k × (ps / p

حيث تكون p و ps هي الضغوط على عينة غير مشبعة ومشبعة كما هو موضح في الشكل 3.

في الممارسة العملية، يتم استخدامه (معامل رد فعل التربة) من قبل المهندسين الجيوتقنيين والإنشائيين لتحليل الهيكل. يوفر التحليل نظرة ثاقبة حول قيم هبوط الهيكل والإجهادات الناتجة عن الهبوط داخل الهيكل.

أغلب برامج التحليل الإنشائي ستتطلب تحديد قيمة رد فعل التربة k عند تصميم الأساسات وهي قيمة معبرة عن مدى جساءة وصلابة تربة التأسيس. وسيقوم البرنامج بإظهار قيم تضاهي إجهاد التربة وتستطيع مقارنة ذلك مع الحد المسموح به لقدرة تحمل التربة.

تقرير التربة لابد وأن يحدد قدرة تحمل التربة المسموح بها أو الآمنة بالإضافة إلى قيمة معامل رد فعل التربة المحسوب من الاختبارات الحقلية.

قد يقوم مهندس التصميم بافتراض قيمة معامل رد فعل التربة من قيمة قدرة تحمل التربة (إجهاد التربة) بضربها في أرقام معينة من الخبرات السابقة تتراوح بين ٨٠ إلى ١٢٠ حسب نوع القواعد ونوع التربة (عادة تأخذ اللبشة القيمة الأقل). هذه الأرقام تعتمد على قيمة الهبوط الأقصى المسموح به لهذا النوع من التربة.