توضیحات محصول گزارش آزمایشگاه مکانیک خاک : آزمایش تعیین درصد رطوبت بهینه خاک (کد1517)

مقدمه

 در بسیاری از سازه های خاکی مثل سدها ، دیوارهای حائل ، بزرگراهها ، فرودگاهها ، .... متراکم کردن خاک یک امر ضروری جهت بهبود مقاومت خاک می باشد تراکم بیشتر خاک باعث کاهش نشست های خاک در آینده ، افزایش مفاومت برشی ، کاهش نفوذپذیری ، بهبود خواص مکانیکی خاک ، کاهش قابلیت تورم خاک می گردد .

تئوری آزمایش

این آزمایش با افزایش تدریجی رطوبت خاک و تراکم آن نمودار دانسیته – رطوبت خاک را رسم می کند که بوسیله آن رطوبت بهینه و دانسیته بیشینه بدست می آید. در هر مرحله با اندازه گیری وزن خاک در یک حجم ثابت و بدست آوردن رطوبت خاک به محاسبه دانسیته آن پرداخته و منحنی مذکور را تا هنگامی که افت وزن رخ دهد ادامه می دهد. در این آزمایش می توان از روابط زیر استفاده کرد.

• درصد آب بهینه

مقدار آبی است که به ازای آن ، خاک در اثر وارد آمدن انرژی ، تراکم بیشتری پیدا خواهد نمود که درصد بهینه آب بیشترین وزن مخصوص را خواهد داد .

آزمایش بنا به طریقه کوبندگی به دو طریق پروکتور معمولی وپروکتور اصلاح شده تقسیم می شود لازم به ذکر است پروکتور معمولی برای اجرای خاکریزها وپروکتور اصلاح شده برای لایه های زیر سازی جاده ها وبا کوبیدن خاکریز پشت پی ها مورد استفاده قرار می گیرد .

• تراکم

 عملی است که طی آن هوای خاک بیرون رانده می شود وباعث می شود دانه ها بهم نزدیک شوند ودرگیری بین آنها افزایش یابد

• چند نکته :

• علت استفاده از وزن مخصوص خشک به جای استفاده از وزن مخصوص طبیعی خاک این است که مقاومت خاک فشرده به اسکلت ذرات جامد یا وزن مخصوص خشک بستگی دارد.

• دلیل این که وزن مخصوص خشک ابتدا با اضافه شدن در صد آب افزایش می یابد این است که وقتی خاک خشک است ذرات با هم اصطکاک دارند وتراکم مشکل است بااضافه کردن آب ذرات براحتی برروی هم می لغزند اما با اضافه شدن بیشتر آب ، خاک تقریبأ اشباع می شود آنگاه آب بر خاک قالب شده ووزن مخصوص خشک پایین می آید.

• عوامل مؤثر در تراکم :

• انرژی تراکم : هرچه انرژی تراکم بیشتر شود باطبع تراکم بیشتر می شود ووزن مخصوص بالاتر می رود ولی در صد رطوبت بهینه کمتر می شود . باافزایش انرژی تراکم وزن مخصوص افزوده می شود ولی این افزایش تاحد مشخص ادامه دارد وبعد از آن ثابت می ماند .

• نوع خاک :  هرچه خاک درشت تر باشد درصد رطوبت بهینه کمتر وتراکم بهتری صورت می گیرد چون ریز دانه ها سطح جانبی بیشتری دارند پس آب بیشتری نیاز است واین آب مانع از تراکم بهتر می شود

وسایل مورد نیاز

قالب تراکم -  چکش – سینی -  قوطی

الک نمره 4 و 8/3  - ترازو

تهیه نمونه آزمایش

نمونه گیری به دو صورت دست خورده و دست نخورده انجام می شود. در خاک دست خورده بافت خاک بهم می خورد و نمونه گیری با بیل و سوپاپ انجام می شود. نمونه های دست خورده تنها برای دانه بندی یا تعیین درصد رطوبت استفاده می شود. برای خاکهای درشت دانه که چسبندگی با جدار لوله ندارند نمونه برداری بصورت دست خورده صورت می گیرد.سپس قوطیهای خالی را وزن کرده و سپس مقداری خاک نمونه برداری شده را داخل آنها قرار می دهیم. پس از توزین، قوطیها را به مدت 24 ساعت با دمای ºc 5±110 می گذاریم، پس از این مدت قوطیهارا بیرون آورده و وزن می کنیم و توسط رابطه زیر درصد رطوبت خاک را بدست می آوریم.

شرح آزمایش :

خاکی را که از محل آورده ایم وداخل اون خشک کرده ایم از الک 8/3 و 4 عبور می دهیم مانده روی الک 8/3 ازروی الک 4 بر می داریم وزیرش می ریزیم سپس از این خاک به اندازه 3kg برمی داریم وحدود 3 درصد آب به آن اضافه می کنیم وخوب هم می زنیم تا مقدار آب به همه جای خاک برسد . قالب وکفی را که از قبل وزن کرده بودیم را برمی داریم سپس گردنی بالایی را به آن وصل می کنیم وخوب چرب می کنیم  سپس اولین لایه از خاک را وارد قالب می کنیم بعد با چکش 25 ضربه به آن می زنیم تا متراکم شود طریقه ضربه زدن این طور است که هرجا چکش فرود آمد ضربه بعدی درجای دیگر زده شود بعد از 25 ضربه لایه بعدی را می ریزیم دوباره همین کاررا انجام می دهیم کلا تا 3 لایه خاک می ریزیم سپس گردنی را جدا می کنیم سپس با تیغه ازوسط سطح را صاف می کنیم( فقط می بایست مواظب باشیم که وقتی که گردنی را باز می کنیم حدود 1cm خاک بالاتر از قالب باشد ) سپس قالب را باخاک وزن می کنیم تفاضل این دو مقدار وزن خاک می باشد (m) سپس مقداری از این خاک را برمیداریم ودرصد رطوبت آنرا اندازه می گیریم این کاررا در چند مرحله انجام می دهیم ومشاهده می شود که وزن خاک داخل قالب تا چند مرحله زیاد شده وسپس دوباره کم می شود این بیانگر آنست که به ازای یک مقدار رطوبتی ، مقدار  ماکزیمم می گردد که این مقدار رطوبت مقدار بهینه است که تخلخل در آن به حداقل مقدار خود می رسد

ذکر این نکته مهم است که در هر مرحله ما به میزان 2% الی 4% آب اضافه می کنیم نتایج به قرار زیر است :

محاسبات

جدول 1 –  محاسبه رطوبت نمونه ها

وزن قالب :         4228 gr

حجم قالب :       944  cm³

جدول 2 –  محاسبه دانسیته ظاهری و دانسیته خشک  نمونه ها

نمودار 1 – دانسیته بر حسب رطوبت خاک

تفسیر نتایج

با توجه به اینکه افزایش رطوبت در این آزمایش  2% الی 4% بوده نتیجه می گیریم که اعداد مربوط به رطوبت خاک در مرحله 2 نادرست می باشند که احتمالا ناشی از صفر نکردن ترازو بوده که اگر در حین آزمایش کمی به اعداد دقت می شد این اشتباه صورت نمی گرفت . لذا مرحله 2 حذف می شود.

افزایش دانسیته بر اساس افزایش رطوبت ناشی از آن است که علاوه بر اینکه هوا جای خود را به آب می دهد،  یک لایه کم اصطکاک بین ذرات خاک ایجاد می کند که باعث می شود با انرژی ثابت تراکم بیشتری صورت پذیرد در نتیجه دانسیته بیشتری بدست می آید. اما پس از مدتی با افزایش آب علاوه بر شل شدن خاک، آب جای خاک را گرفته باعث می شود که دانسیته پایین آید. در این بین پیدا کردن حالت بهینه موجب رسیدن به حد اکثر تراکم با انرژی خاص می شود.

خطاهای موجود :

1. ضخامت لایه های خاک ریخته شده درداخل قالب باید تقریبأ هم اندازه باشند تاتوزیع انرژی تراکم درتمام لایه ها به صورت یکنواخت صورت گیرد.

2. ارتفاعی که چکش را رها می کنیم باید ثابت باشد چون اگر متغیر باشد مقدار انرژی که ازاین طریق منتقل می شود متفاوت خواهد بود

3. خطای دیگر امکان دارد که ضربه چکش به تمام جاهای خاک وارد نشود یعنی بعضی از مناطق کمتر تحت اثر ضربه قرار گرفته باشد

4. بالا بودن احتمالی دمای آون که باعث اکسیده شدن خاک و متصاعد شدن دی اکسید کربن و سوخته شدن خاک می شود.

5. خطای وزن کردن

6. تمیز نبودن قوطی ها

7. دست خورده بودن نمونه ها

8. اشتباه در خواندن وزن

کاربرد در محل

هنگامی که راهی ساخته می شود یا اینکه برای یک پی زمینی حفر می شود، این  سوال پیش می آید که آیا خاک زیر این سازه تحمل نگهداری آن را دارد؟ آیا می توان خاک را تقویت کرد تا مثلا برای راه از مقدار کمتری مصالح برای اساس و زیر اساس استفاده کرد و اینکه این مقدار را می توان به صورت کمی در آورد؟؟

پاسخ تمام این سوالات در آزمایش تراکم است. با این آزمایش می توان حداکثر تراکم یک خاک یا یک مصالح برای کارهای خاکی را پیدا کرد و با استناد به آن به ساخت سازه های خاکی در بهترین تراکم پرداخت.

نتیجه گیری

اصولا تراکم یک خاک از نظر تئوری تا جایی امکان پذیر است که تمام هوا و آب آن خارج شود، اما در عمل این امر غیر قابل وصول است. زیرا اصطکاک بین ذرات در حالت خشک بسیار زیاد بوده مانع رسیدن به مقصود است. لذا باید خاک شامل رطوبت باشد تا تراکم صورت پذیرد. اما مقدار این آب برای خاک های مختلف فرق می کند. پس با این آزمایش برای خاک مورد نظرمان می توانیم درصد رطوبت را تعیین کنیم.

با توجه به نتایج بدست آمده و مقایسه آن با جداول موجود در منابع خاک مورد آزمایش از نوع رسی با کمی لای نام گذاری می شود. این خاک را می توان با رطوبتی نزدیک 18.7 به حد اکثر تراکم رساند. ولی رسی بودن آن از لحاظ اجرایی نیازمند ماشین ابزار مخصوص بوده و دیگر اینکه انقباض و انبساط آن در آینده بر اثر تغییر رطوبت باعث می شود که توجه بیشتری بطلبد.

منابع

1. دستور العمل آزمایش های مکانیک خاک دانشجویان دوره کارشناسی مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف

2. ASTM D698

پیش نمایش توضیحات محصول گزارش آزمایشگاه مکانیک خاک : آزمایش تعیین درصد رطوبت بهینه خاک (کد1517)