بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اثر وزن ادوات کشاورزی بر رفتار خاک با گیاه در اثر فشرده شدن خاک و نیز اثر وزن بر تغییر مقاومت کششی خاک و عملکرد این ادوات، آگاهی از رفتار خاک امری ضروری است. به دلیل اینکه اغلب روشهای دقیق این کار آزمایشگاهی هستند و نمونه برداری از خاک و انتقال آن به آزمایشگاه کاری وقتگیر و گاهی مشکل است؛ لزوم به کارگیری یک روش سهل و مطمئن که این خصوصیات را در محل اندازه گیری کند حس میشود.
در تحقیقاتی که اخیراً انجام شده صحت اندازهگیری مقاومت برشی خاک توسط صفحهی برشی تأیید گردیده است. در این پژوهش ضمن ساخت دو نمونه صفحهی برشی با ابعاد مختلف، برخی خواص مکانیکی خاک از جمله مقاومت برشی، زاویهی اصطکاک داخلی و ضریب چسبندگی محاسبه گردید. این آزمون برای چهار بار عمودی 0 ، 5 ، 10 و 15 کیلوگرم توسط وزنههای استاندارد و سه رطوبت 1/5 ، 5 و 8/5 درصد با سه تکرار انجام شد. رابطهای برای مرتبط ساختن مقاومت برشی با دیگر خواص مکانیکی خاک نوشته شد و این پارامترها در محیط برازش منحنی نرمافزار متلب تعیین گردیدند.
مقدمه
تعیین مقاومت خاک به دو روش آزمایشگاهی و در محل انجام می گیرد. اندازه گیری مقاومت خاک در محل روشی آسان و بدون اتلاف وقت می باشد
در روش های آزمایشگاهی نمونه های خاک از محل مورد نظر استخراج شده و توسط آزمایشهایی مثل برش مستقیم، برش سه محوری، فشاری تک محوری و غیره مورد آزمون قرار می گیرد که دو روش برش مستقیم و سه محوری متداولتر میباشند در این روش چون نمونهها باز سازی می شوند معمولأ مقادیر به دست آمده با خطا همراه است
خاکهای رسی به دلیل ساختار ملکولی خود، از نظر مقاومت برشی رفتاری کاملاً متفاوت با خاکهای درشتدانهتر مانند لای و ماسه دارند. بدین ترتیب که مقاومت برشی ایجاد شده در ساختار رسها بیشتر به دلیل وجود چسبندگی در بین ذرات رس است و این در حالی است که عامل به وجودآورندهی مقاومت برشی در ساختار خاک های درشتدانهتر اصطکاک بین ذرات است.
بنابراین، هر عاملی که باعث تغییر در این ساختار شود، می تواند باعث تغییر در پارامترهای مقاومت برشی خاک شود. میتوان انتظار داشت که به دلیل تغییراتی که در ساختار کانیهای خاک رس به علت اضافه کردن آهک به وجود میآید، در پارامترهای مقاومت برشی تغییر چشم گیری اتفاق بیافتد.آهک با شروع سیمانتاسیون از نظر مقاومت می تواند تثبیت شود و مقدار مقاومت و سختی به طور محسوسی زیاد می شود
پارامترهای مقاومت برشی به دلیل همبستگی آنها با ساختار خاک مهمترین خواص مهندسی خاک به شمار می روند. تغییر در این پارامترها میتواند بر مقاومت خاکها در برابر عبور ماشینهای کشاورزی تأثیر بگذارد
نیروی اعمال شده توسط وسایل زمینگیرایی و ابزار خاکورز میتوانند باعث تسلیم خاک از طریق برش، فشار، کشش و یا جریان پلاستیک شوند. مقدار تنش برشی که موجب شکست یا جریان پلاستیک در خاک میشود مقیاسی از مقاومت برشی خاک میباشد
مقاومت برشی خاک متشکل از دو بخش میباشد: -1 چسبندگی بین دانههای خاک - C - که مستقل از نیروی خارجی میباشد و -2 مقاومت اصطکاکی که متناسب با تنش عمودی اعمال شده بر سطح لغزش بوده و با زاویه اصطکاک بین دانههای خاک موسوم به زاویه اصطکاک داخلی ارزیابی می گردد. مقاومت برشی خاک به صورت مجموع مقاومت حاصل از چسبندگی و مقاومت حاصل از اصطکاک بیان میگردد
نظریه گسیختگی توسط کولمب پیشنهاد گردید، وی فرض نمود هنگامی که تنش برشی به مقدار بحرانی میرسد گسیختگی اتفاق میافتد
بافت و رطوبت خاک دو عامل تأثیرگذار بر رفتار مکانیکی و نیز استحکام خاک میباشند. خاکهایی با شرایط محیطی و مکانیکی مشابه و ساختار مختلف، به گونهای متفاوت از یکدیگر رفتار میکنند
مقاومت برشی خاک از خصوصیاتی است که بر روی مقدار ظرفیت کشش وسائل زمینگیرایی و همچنین نیروی مقاوم در برابر عبور ابزار خاکورز در خاک اثرگذار است
در عملیات خاکورزی برای آگاهی از نیروی عکس العمل خاک وارد بر تایر ماشین های کشاورزی و ابزار خاکورز، پارامترهای مکانیکی خاک باید تعیین شوند
بررسی رفتار مکانیکی خاک های کشاورزی تحت بار برشی در آزمایشگاه می تواند فرآیند تغیر شکل و سست شدن خاک را توسط عمل برش ادوات خاکورزی توضیح دهد .آزمایش برش مستقیم یک آزمایش برشی میباشد یعنی گسیختگی برشی بوسیله اعمال یک نیروی برشی در امتداد یک سطح گسیختگی افقی از قبل تعیین شده، ایجاد میگردد
مقاومت مکانیکی خاک با تغییر میزان رطوبت خاک به طور سریع تغییر می کند. بنابراین برای اندازه گیری مقاومت خاک در محل و بدون اتلاف وقت و جلوگیری از خطا هنگام نمونهگیری از خاک در آزمایشگاه، روشهایی برای اندازهگیری مقاومت برشی در مزرعه ابداع شدهاند که عبارتند از: دستگاه بوامتر، دستگاه برش پیچشی و دستگاه پره برشی که دستگاه پره برشی کاربرد بیشتری دارد. پس از فرو بردن این دستگاه در خاک و گرداندن آن، خاک حول سطح خارجی پرهها - استوانه - بریده میشود. آزمایش برش مستقیم شرایط برش خاک را تحت عبور ادوات خاک ورزی نسبت به روش های دیگر بهتر نشان میدهد. این آزمایش، آزمایش سادهای است که بوسیله آن مقاومت برشی خاکمستقیماً تعیین میگردد
خاکورزی یکی از عملیاتهای ضروری کشاوری است، با استفاده از شخم، خاک خرد شده و مقاومت آن در برابر ریشه گیاهان کاهش مییابد، خاک پوک شده و در اثر افزایش تخلخل هوا و آب به راحتی در خاک جریان می یابد و شرایط مطلوب تری برای رشد گیاه فراهم می شود. در این شرایط خاک ناپایدار و آسیب پذیر بوده و تحث اثر تراکم ناشی از فشار ادوات کشاورزی میباشد
با توجه به اثر وزن ادوات کشاورزی بر رفتار خاک با گیاه در اثر فشرده شدن خاک و نیز اثر وزن بر تغییر مقاومت کششی خاک و عملکرد این ادوات آگاهی از رفتار خاک - مقاومت کششی - تحت اثر وزن در رطوبت های مختلف امری ضروری است
در یک تحقیق مقاومت خاک سطحی برای خاکها از لومی شنی تا لومی رسی با نفوذسنج و جعبه برش مستقیم با چگالی ظاهری و مقدار رطوبتهای متفاوت اندازه گرفته شد. نتایج آزمایشات نشان داد که تأثیر چگالی ظاهری روی مقاومت خاک در بیشتر نمونه ها قابل توجه بود
