آزمایش تراکم خاک به روش آزمایشگاهی ، انواع ، نحوه انجام آزمایش + فیلم
در این نوشته با آزمایش تراکم خاک، انواع حالات، روابط و اقلام و تجهیزات لازم آشنا می شوید.
محدوده کاربرد آزمایش تراکم خاک
الف) تعیین مشخصات تراکم آزمایشگاهی خاک با استفاده از انرژی تراکمی ۱۲۴۰۰ پوند- فوت بر فوت مکعب (۶۰۰ کیلونیوتن متر بر متر مکعب)، مطابق استاندارد AASHTO T99 و ASTM D698
در آزمایش تراکم خاک، روش های تراکم آزمایشگاهی مورد استفاده برای تعیین رابطه بین درصد وزن مخصوص خشک (منحنی تراکم) خاکهای متراکم شده در قالبی با قطر ۴ یا۶ اینچ ، با چکشی به وزن ۵/۵ پوند را که از ارتفاع ۱۲ اینچی برای تولید انرژی تراکمی ۱۲۴۰۰ پوند- فوت بر فوت مکعب رها می شود، پوشش میدهد.
ب) تعیین مشخصات تراکم آزمایشگاهی خاک با استفاده از انرژی تراکمی اصلاح شده ی ۵۶۰۰۰ پوند- فوت بر فوت مکعب ، مطابق استاندارد AASHTO T180 و ASTM D1557
این روش آزمون، روش های تراکم آزمایشگاهی مورد استفاده برای تعیین رابطه بین درصد رطوبت و وزن مخصوص خشک (منحنی تراکم) خاکهای متراکم شده در قالبی با قطر ۴ یا ۶ اینچ ، با چکشی به وزن ۱۰ پوند را که از ارتفاع ۱۸ اینچی برای تولید انرژی تراکمی ۵۶۰۰۰ پوند- فوت بر فوت مکعب رها می شود، پوشش می دهد.
خرید قالب و چکش تراکم خاک از فروشگاه تجهیزات آزمایشگاهی آزمان
نکته هر دو روش استاندارد ASTM – D698 و ASTM – D1557 ، تنها برای خاکها (مصالحی) کاربرد دارند درصد وزنی ذرات مانده آنها بر روی الک اینچ (۱۹ میلیمتر)، ۳۰ درصد یا کمتر باشد.
تعاریف
تراکم خاک
مجموعه عملیاتی که باعث کاهش تخلخل و افزایش وزن مخصوص (چگالی)، در اثر در هم رفتن دانه های خاک می شود را تراکم می گویند.
انرژی استاندارد
اصطلاحی برای انرژی تراکمی ۱۲۴۰۰ پوند- فوت بر فوت مکعب ، که با استفاده از تجهیزات و روشهای این آزمون اعمال می گردد.
وزن مخصوص خشک حداکثر استاندارد (γdmax، بر حسب پوند بر فوت مکعب یا کیلونیوتن بر مترمکعب)
حداکثر مقدار تعیین شده توسط منحنی تراکم برای یک آزمایش تراکم، با استفاده از انرژی استاندارد
مقدار رطوبت بهینه استاندارد (opt ω، بر حسب درصد) در آزمایش تراکم خاک
میزان رطوبتی که در آن خاک با استفاده از انرژی تراکمی استاندارد، برای حصول وزن مخصوص خشک حداکثر متراکم گردد.
انرژی اصلاح شده
اصطلاحی برای انرژی تراکمی ۵۶۰۰۰ پوند- فوت بر فوت مکعب ، که با استفاده از تجهیزات و روش های این آزمون اعمال می گردد.
وزن مخصوص خشک حداکثر اصلاح شده (γdmax، بر حسب پوند بر فوت مکعب یا کیلونیوتن بر متر مکعب)
حداکثر مقدار تعیین شده توسط منحنی تراکم برای یک آزمایش تراکم با استفاده از انرژی اصلاح شده.
مقدار رطوبت بهینه اصلاح شده (ω0، بر حسب درصد)
میزان رطوبتی که در آن، خاک با استفاده از انرژی تراکمی اصلاح شده، برای حصول وزن مخصوص خشک حداکثر متراکم گردد.
ذرات با اندازه بزرگتر از حد معمول (ذرات درشت، PC، بر حسب درصد)
بخشی از کل نمونه که در انجام آزمایش تراکم مورد استفاده قرار نمی گیرد. این ذرات، ذرات مانده روی الک نمره ۴ در روش A، ذرات مانده روی الک 3/8 اینچ در روش B و ذرات مانده روی الک 3/4 اینچ در روش C هستند.
شرح آزمایش تراکم خاک
در متن هر دو روش استاندارد ASTM – D698 و ASTM – D1557 ، سه روش برای تعیین تراکم آزمایشگاهی ارائه شده است. روش مورد استفاده، باید در مشخصات فنی برای مصالح مورد آزمایش مشخص شده باشد. در غیر این صورت، انتخاب روش، بر مبنای دانه بندی مصالح انجام می شود.
استاندارد ASTM D698 برای آزمایش تراکم خاک
روش A
قالب: قطر ۴ اینچ
مصالح: عبوری از الک نمره ۴
تعداد لایه: ۳
تعداد ضربه در هر لایه: ۲۵ ضربه
اگر درصد وزنی مصالح مانده روی الک نمره ۴، ۲۰ درصد یا کمتر باشد، می توان از این روش استفاده نمود. در صورتی که این روش مشخص نشده باشد، مصالحی که این الزامات دانه بندی را برآورده می کنند، می توانند با روش های B یا C آزمایش شوند.
روش B
قالب: قطر ۴ اینچ
مصالح: عبوری از الک 3/8 اینچ
تعداد لایه: ۳
تعداد ضربه در هر لایه: ۲۵ ضربه
اگر درصد وزنی مصالح مانده روی الک نمره ۴ ، بیشتر از ۲۰ درصد و درصد وزنی مصالح مانده روی الک 3/8 اینچ ، ۲۰ درصد یا کمتر باشد، می توان از این روش استفاده نمود. در صورتی که این روش مشخص نشده باشد، مصالحی که این الزامات دانه بندی را برآورده می کنند، می توانند با روش C آزمایش شوند.
روش C
قالب: قطر ۶ اینچ
مصالح: عبوری از الک 3/4 اینچ (۱۹ میلیمتر)
تعداد لایه: ۳
تعداد ضربه در هر لایه: ۵۶ ضربه
اگر درصد وزنی مصالح مانده روی الک 3/8 اینچ، بیشتر از ۲۰ درصد و درصد وزنی مصالح مانده روی الکذ3/4 اینچ ، کمتر از ۳۰ درصد باشد، می توان از این روش استفاده نمود.
استاندارد ASTM D1557 برای آزمایش تراکم خاک
روش A
قالب: قطر ۴ اینچ
مصالح: عبوری از الک نمره ۴
تعداد لایه: ۵
تعداد ضربه در هر لایه: ۲۵ ضربه
اگر درصد وزنی مصالح مانده روی الک نمره ۴، ۲۰ درصد یا کمتر باشد، می توان از این روش استفاده نمود. در صورتی که این روش مشخص نشده باشد، مصالحی که این الزامات دانه بندی را برآورده می کنند، می توانند با روشهای B یا C آزمایش شوند.
روش B
قالب: قطر ۴ اینچ
مصالح: عبوری از الک 3/8 اینچ
تعداد لایه: ۵
تعداد ضربه در هر لایه: ۲۵ ضربه
اگر درصد وزنی مصالح مانده روی الک نمره ۴ ، بیشتر از ۲۰ درصد و درصد وزنی مصالح مانده روی الک 3/8 اینچ ، ۲۰ درصد یا کمتر باشد، می توان از این روش استفاده نمود. در صورتی که این روش مشخص نشده باشد، مصالحی که این الزامات دانه بندی را برآورده می کنند، می توانند با روش C آزمایش شوند.
روش C
قالب: قطر ۶ اینچ
مصالح: عبوری از الک 3/4 اینچ
تعداد لایه: ۵
تعداد ضربه در هر لایه: ۵۶ ضربه
اگر درصد وزنی مصالح مانده روی الک 3/8 اینچ ، بیشتر از ۲۰ درصد و درصد وزنی مصالح باقی مانده روی الک 3/4 اینچ کمتر از ۳۰ درصد باشد، می توان از این روش استفاده نمود.
در صورتی که نمونه آزمایش، حاوی بیش از ۵ درصد وزنی از ذرات با اندازه بزرگتر از حد معمول (ذرات درشت) باشد و این مصالح در آزمون لحاظ نشده باشند، لازم است که اصلاحاتی برای وزن مخصوص و درصد رطوبت نمونه یا برای نمونه آزمون تعیین دانسیته در محل، با استفاده از روش D4718 صورت گیرد.
مراحل انجام آزمایش در هر دو روش استاندارد ASTM – D698 و ASTM
با توجه به متن استاندارد قسمت فوق و استفاده از الکهای مرزبندی شده، نوع روش آزمایش با عنایت به خاک، دیکته می شود؛
خرید انواع الک آزمایشگاهی استیل از فروشگاه اینترنتی تجهیزات آزمایشگاهی آزمان
خاک مورد آزمایش، می بایست خشک شده در گرمخانه با دمای ۶۰ درجه سانتی گراد یا خشک شده در زیر آفتاب باشد.
خرید انواع آون از فروشگاه تجهیزات آزمایشگاهی آزمان
نمونه خاک آزمایش را روی میز فلزی پخش کرده و بر اساس تجربه آزمایشگاهی رطوبت اولیه را در چند مرحله به خاک اضافه نموده و بعد از هر مرحله افزودن رطوبت، نمونه خاک را با دقت مخلوط کرده و همگن می کنیم؛ خاک رطوبت زده و مخلوط شده را بر اساس روش آزمایش در تعداد لایه های مشخص داخل قالب مخصوص ریخته و تعداد ضربات مشخص را اعمال می کنیم
مجموعه قالب + خاک متراکم شده را وزن نموده و با دستگاه جک تخلیه آن را از قالب خارج می کنیم. دو نمونه قوطی رطوبت کنترلی اخذ می گردد.
مجددأ رطوبت زده شده قبلی به نمونه جدید خاک را افزایش داده و سیکل عملیات آزمایش را تکرار می کنیم.
عملیات را تا جایی ادامه می دهیم که بعد از توزین مجموعه قالب + خاک متراکم شده، نسبت به مرحله قبل، شاهد کاهش وزن باشیم.
جهت اطمینان از نقطه برگشتی وزن مخصوص، یک مرحله دیگر، عملیات افزایش رطوبت و فرآیند سیکل آزمایش را انجام میدهیم.
آرایش و چیدمان ضربات چکش می بایست مطابق الگوی تعریف شده باشد که توزیع انرژی تراکمی به طور یکنواخت صورت پذیرد.
نگهداری از الباقی نمونه جهت آزمایشات مراحل بعدی مهم است، به نحوی که با استفاده از نایلون ضخیم تیره رنگ، مانع از هدررفت رطوبت نمونه می شویم (در روش AASHTO).
فیلم نحوه انجام آزمایش تراکم خاک به صورت آزمایشگاهی
محاسبات
ترسیم منحنی تراکم
دانسیته مرطوب به صورت زیر محاسبه می شود.
در رابطه فوق:
pm: دانسیته مرطوب نمونه متراکم بر حسب میلی گرم بر مترمکعب
M: جرم نمونه مرطوب و قالب بر حسب کیلوگرم
Mmd: جرم قالب تراکم بر حسب کیلوگرم
V: حجم قالب تراکم بر حسب مترمکعب
دانسیته خشک به صورت زیر محاسبه می شود.
در رابطه فوق:
pd: دانسيته خشک نمونه متراکم بر حسب میلی گرم بر مترمکعب
ω: میزان رطوبت بر حسب درصد
وزن مخصوص خشک با استفاده از یکی از دو معادله زیر محاسبه می شود.
در روابط فوق:
Yd: وزن مخصوص خشک نمونه متراکم
با ترسیم وزن مخصوص خشک در مقابل میزان رطوبت، منحنی تراکم حاصل می شود. وزن مخصوص خشک با تقریب 0.1 پوند بر فوت مکعب (0.2 کیلونیوتن بر مترمکعب) و میزان رطوبت با تقریب 0.1 درصد ترسیم می شوند.
با استفاده از منحنی تراکم، درصد رطوبت بهینه و وزن مخصوص خشک حداکثر تعیین می شوند. در صورتی که وزن ذرات درشت برداشته شده از نمونه، بیش از ۵ درصد باشد، مقدار رطوبت بهینه اصلاح شده و وزن مخصوص خشک حداکثر اصلاح شده كل مصالح، با استفاده از روش استاندارد D4718 محاسبه می شوند.
۴- ب) ترسیم منحنی اشباع ۱۰۰ درصد
مقادیر رطوبت متناظر با شرایط اشباع ۱۰۰ درصد، به صورت زیر محاسبه می شوند.
در رابطه فوق:
satγ مقدار آب برای اشباع کامل بر حسب درصد
γw: وزن مخصوص آب در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد
Gs: چگالی ویژه خاک که بر اساس مقادير چگالی ویژه سایر نمونه ها با طبقه بندی و منبع یکسان برآورد می شود. در غیر این صورت، باید بر اساس روش آزمون استاندارد D854 تعیین گردد.
yd: وزن مخصوص خشک خاک بر حسب پوند بر فوت مکعب یا کیلونیوتن بر مترمکعب.
با داشتن مقادیر وزن مخصوص خشک و مقادیر آب متناظر با شرایط اشباع ۱۰۰ درصد، منحنی اشباع ۱۰۰ درصد، یا منحنی درصد هوای صفر ترسیم می گردد.
منابع
راهنمای جامع آزمایشگاه مکانیک خاک ، مهندسی خاک و ژئوتکنیک نوشته مهندس داریوش مرادی
ASTM D698
ASTM D1557