آزمایش چگالی ویژه (وزن مخصوص نسبی) خاک با استفاده از پیکنومتر

آزمایش چگالی ویژه (وزن مخصوص نسبی) خاک با استفاده از پیکنومتر

این روش آزمون، برای تعیین چگالی ویژه ذرات جامد خاک که عبوری از الک نمره ۴ هستند، با استفاده از پیکنومتر کاربرد دارد. هنگامی که خاک، حاوی ذرات بزرگتر از الک 4.75 میلیمتر است، باید از روش آزمون ASTM – C127 برای ذرات جامد مانده بر روی الک 4.75 میلیمتر استفاده نموده و این روش آزمون، برای ذرات جامد عبوری از الک 4.75 میلیمتر مورد استفاده قرار گیرد.

ذرات جامد خاک مورد استفاده برای این آزمون ها، شامل ذرات جامدی که با این روش ها تغییر می کنند، یا ذراتی که در نتیجه آلوده شدن با یک ماده، مانع استفاده از این روش ها می شوند، یا ذرات جامد خاک های بسیار آلی، مانند مواد اليافی که در آب شناور می شوند، نیستند. برای تعیین چگالی ویژه ذرات جامد خاکی که دارای ذرات جامدی هستند که به سهولت در آب حل می شوند یا در آب شناور می شوند، یا زمانی که استفاده از آب مقدور نیست، می توان از روش استاندارد D5550 استفاده نمود.

تعاریف

چگالی ویژه ذرات جامد خاک، Gs

نسبت جرم واحد حجم ذرات جامد خاک به جرم همان حجم از آب مقطر بدون هوا، در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد.

روش انجام آزمایش

برای انجام آزمایش تعیین چگالی ویژه، ۲ روش در استاندارد ارائه شده است. روش مورد استفاده بنا به درخواست متقاضی مشخص می شود، مگر در مواردی که از انواع خاکهای ذکر شده در بخش محدوده کاربرد استفاده گردد.

۱) روش A: روشی برای نمونه های مرطوب که روش ارجح محسوب می شود. برای خاکهای آلی، خاک های با خاصیت خمیری زیاد، خاک های ریزدانه، خاک های استوایی و خاکهای حاوی هالوزیت، باید از روش A استفاده نمود.

۲) روش B: این روش، برای نمونه های خشک شده در گرمخانه مورد استفاده قرار می گیرد.

خرید پیکنومتر از فروشگاه تجهیزات آزمایشگاهی آزمان

مراحل انجام آزمایش

این آزمایش، به طور کلی، برای مصالحی که Gs آنها را با استفاده از انواع پیکنومتر (با ظرفیت های ۵۰، ۱۰۰، ۵۰۰ و ۱۰۰۰ میلی لیتر) به دست می آوریم، کاربرد دارد.

• ابتدا پیکنومتر را در وضعیت کاملا خشک، با یا بدون درپوش مخصوص (ترجیحا” با درپوش) وزن می کنیم.
• پیکنومتر مخصوص را از آب یا نفت (برای پیکنومترهای کوچک ۵۰ و ۱۰۰ میلی لیتر جهت Gs نمونه های ریزدانه مانند آزمایش تحکیم، با نفت)، تا علامت مشخصه یا تا فوران کردن از درپوش شیاردار موئین پر نموده و پس از خشک کردن کامل بدنه خارجی، با دقت کافی ترازو (ترجیحا تا سه رقم اعشار) توزین می کنیم.
• مصالح منتخب و معرف خشک شده را با قیف مخصوص، داخل پیکنومتر خشک و خالی انتقال داده و با نصب در پوش، مجددا” توزین می کنیم.
• به آرامی هرچه تمام تر، آب یا نفت را با پیست (آبفشان) و بدون ایجاد حباب یا کف، به مجموعه اضافه می کنیم، به نحوی که آب یا نفت، روی نمونه خاک داخل پیکنومتر قرار گیرد؛ و به یکی از روش های مخصوص، شامل جوشاندن در حوضچه آب جوش، تکان دادن (مخصوص ماسه) و اتصال به پمپ مکش (خلا)، حبابهای محبوس را به طور کامل حذف می نماییم.
• الباقی حجم پیکنومتر را به آرامی از آب یا نفت پر می کنیم و با نصب درپوش مخصوض و خشک کردن دیواره خارجی پیکنومتر، آخرین توزین را انجام می دهیم.
• با الهام گرفتن از قانون ارشمیدس، حجم نمونه خاک اشغال شده را که برابر است با حجم سیال
  جابجا شده، از روابط موجود در فرم های محاسباتی پیش نویس آزمایش به دست آورده و Gs را تعیین می کنیم.

خرید انواع ترازوی دیجیتال از فروشگاه اینترنتی آزمان

انجام حداقل 2 آزمایش بر روی یک نمونه و میانگین گیری از نتایج جهت گزارش نمودن عدد Gs الزامی است.

محاسبات

محاسبه جرم پیکنومتر و آب در دمای آزمایش

در رابطه فوق

Mpw,t: حرم پیکنومتر و آب در دمای آزمایش بر حسب گرم

Mp: میانگین جرم کالیبره شده پیکنومتر خشک بر حسب گرم

Vp: میانگین حجم کالیبره پیکنومتر خشک، بر حسب میلی لیتر (سانتی متر مکعب)

pw,t: دانسیته آب در دمای آزمایش بر حسب گرم بر میلیمتر که از جدول زیر تعیین می شود.

محاسبه چگالی ویژه ذرات جامد خاک در دمای آزمایش Gs

ps: دانسیته ذرات جامد خاک بر حسب میلی گرم بر متر مکعب یا گرم در سانتی متر مکعب

pws,t: دانسیته آب در دمای آزمایش Tt بر حسب گرم بر میلی لیتر یا گرم در سانتی متر مکعب که از جدول فوق برداشت می شود.

Ms: جرم ذرات جامد خاک خشک شده در گرمخانه بر حسب گرم

Mpws,t: جرم پیکنومتر ، آب و ذرات جامد خاک در دمای آزمایش Tt بر حسب گرم

محاسبه چگالی ویژه ذرات جامد خاک در دمای 20 درجه سانتی گراد

G20C=K.Gs

در رابطه فوق K ضریب دما بوده که از جدول فوق برداشت می شود.

در مورد ذرات جامد خاک هایی که حاوی ذرات بزرگتر از الک 4.75 میلیمتر هستند و برای تعیین چگالی ویژه این خاک ها از روش آزمون ASTM C127 استفاده می شود، چگالی ویژه میانگین محاسبه می شود.

روش آزمون C127، مستلزم آن است که آزمایش در دمای 1.7 ± 23 درجه سانتی گراد انجام شود و در این روش، نیازی به تصحیح داده های چگالی ویژه برای دمای 20 درجه سانتیگراد نمی باشد. برای تصحیح این اندازه گیری برای دمای 20 درجه سانتیگراد، از معادله G20C=K.Gs داده می شود. برای محاسبه چگالی ویژه میانگین، از معادله زیر استفاده می شود.

R: درصد خاک مانده روی الک 4.75 میلیمتر

P: درصد خاک عبوری از الک 4.75 میلیمتر

G1@20C: چگالی ویژه ظاهری خاک های مانده روی الک 4.75 میلیمتر که با روش C127 تعیین شده و برای 20 درجه سانتی گراد تصحیح شده است.

G2@20C: چگالی ویژه ظاهری خاک های عبوری از الک 4.75 میلیمتر که با استفاده از روش آزمون ارائه شده تعیین می گردد.

گزارش آزمایش تعیین وزن مخصوص با پیکنومتر

گزارش باید حاوی اطلاعات زیر باشد.

• مشخصات خاک (مصالح) مورد آزمایش مانند تعداد گمانه، تعداد نمونه، عمق و تعداد آزمایش
• طبقه بندی خاک مورد آزمایش (نام طبقه و علامت)
• درصد ذراک خاک عبوری از الک شماره 4
• اگر خاک یا مصالحی از نمونه آزمایش حذف شده باشد، مصالح حذف شده تشریح شوند.
• روش مورد استفاده A یا B
• تمام اندازه گیری های جرم (حداقل با دقت 0.01 گرم)
• دمای آزمایش (با دقت 0.1 درجه سانتی گراد)
• چگالی ویژه در دمای 20 درجه سانتی گراد Gs و Gs20 با دقت 0.01
• چگالی ویژه میانگین در دمای 20 درجه سانتی گراد Gavg20 با دقت 0.01

منابع

راهنمای جامع آزمایشگاه مکانیک خاک ، مهندسی خاک و ژئوتکنیک نوشته مهندس داریوش مرادی

استاندارد ASTM D 854

استاندارد AASHTO T100