آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک

به طور کلی می توان بیان کرد که بسیاری از خواص مکانیکی و فیزیکی خاک ها تابعی از جنس، شکل، اندازه و چگونگی توزیع اندازه دانه ها می باشد. بر این پایه، اساس رده بندی مهندسی خاکها، اندازه و خاصیت خمیری آنها قرار داده شده اند. تقریبا تمام سیستم های طبقه بندی، خاکها را به سه دسته خاک های درشت دانه (فاقدچسبندگی)، ریزدانه (چسبنده) و خاکهای آلی تقسیم می نمایند. در این رده بندی ها، دانه به معنای یک ذره کانی منفرد یا قطعه ای از چند کانی به هم پیوسته می باشد که در آب از یکدیگر جدا نخواهند شد. آزمایش دانه بندی خاک از آزمایش های مهم خاک می باشد که بر اساس استاندارد ASTMD422-63 انجام می گیرد. آزمایش دانه بندی خاک، معمولا به سه روش عمده که تابع اندازه ذرات خاک می باشد، صورت می پذیرد.

روش اول:

آزمایش دانه بندی خاک به روش الک انجام می شود، عمدتا برای خاکی قابل استفاده هست که بیش از ۹۰ درصد دانه هایش بزرگتر از الک شماره ۲۰۰ باشد.

این روش عمدتا برای خاکی قابل استفاده هست که بیش از ۹۰ درصد دانه هایش بزرگتر از الک شماره ۲۰۰ باشد.

روش دوم:

برای خاک هایی که بیش از ۹۰ درصد دانه هایش ریزتر از الک شماره ۲۰۰ باشد، از آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک برای دانه بندی خاک استفاده می شود.

روش سوم:

برای خاک هایی که در هیچکدام از دو دسته دیگر جای نداشته و به اصطلاح مخلوط باشد، قابل استفاده می باشد. به طوری که در این روش از ترکیبی از هر دو آزمایش دانه بندی و هیدرومتری خاک برای طبقه بندی خاک استفاده می کنند و برای بخش ریزدانه خاک از آزمایش هیدرومتری و برای بخش درشت دانه خاک از آزمایش دانه بندی خاک به روش الک استفاده خواهد شد.

کاربرد آزمایش دانه بندی خاک به روش الک:

جهت بیان کاربرد آزمایش دانه بندی خاک به روش الک می توان به این مورد اشاره نمود که بسیاری از خواص مکانیکی و فیزیکی خاک به اندازه، شکل، جنس و چگونگی توزیع دانه ها وابسته بوده و همین توزیع دانه ها باعث به وجود آمدن نامگذاری مطابق با جدول زیر می شود.

وسایل آزمایش دانه بندی خاک به روش الک:

تجهیزات آزمایش دانه بندی خاک به روش الک نیازمند تجهیزات ذیل می باشد که رایج ترین آن ها به شرح ذیل است:

1. ترازو:

 ترازو هایی که برای آزمایش مصالح و دانه بندی و هیدرومتری خاک به کار می روند، باید دارای دقت هایی به شرح زیر باشد:

1. جهت انجام آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مصالح ریز دانه، دقت ترازوی لازم باید 0.1 گرم یا 0.1 درصد مصالح مورد آزمایش باشند (هر کدام که بزرگتر است).

2. جهت انجام آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مصالح ریز دانه و درشت دانه، دقت ترازوی لازم باید 0.5 گرم یا 0.1 درصد مصالح مورد آزمایش باشند (هر کدام که بزرگتر است).

1. جهت انجام آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مصالح ریز دانه ، دقت ترازوی لازم باید 0.1 گرم یا 0.1 درصد مصالح مورد آزمایش باشند و جهت انجام آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مصالح ریز دانه و درشت دانه ، دقت ترازوی لازم باید 0.5 گرم یا 0.1 درصد مصالح مورد آزمایش باشند.

2. الک:

1. الک ها جهت انجام آزمایش دانه بندی خاک باید به نحوی بر روی هم سوار شده که از هدر رفتن مصالح هنگام الک کردن جلوگیری به عمل آید.

2. الک ها جهت انجام آزمایش دانه بندی خاک به روش الک باید مشخصات ذکر شده در ASTM E11 را دارا باشد.

3. تغییرات قطر متوسط چشمه الک هایی که بزرگتر از 125 میلی متر (5 اینچ) هست، می تواند 2± درصد بوده و قطر اسمی سیم الک ها باید 8 میلی متر یا بزرگتر در نظر گرفته شود.

الک دانه بندی

الک ها جهت انجام آزمایش دانه بندی خاک باید به نحوی بر روی هم سوار شده که از هدر رفتن مصالح هنگام الک کردن جلوگیری به عمل آید و باید مشخصات ذکر شده در ASTM E11 را دارا باشد

سری الک ها شامل:

به ترتیب از درشت دانه به ریز دانه: (الک های 2 اینچ – 1.5 اینچ – 1 اینچ – 4/3 اینچ – 2/1 اینچ – 8/3 اینچ – 4 اینچ – شماره 10 – شماره 16 – شماره 30 – شماره 40 – شماره 50 – شماره 100 – شماره 200) می باشد.

3. لرزاننده مکانیکی الک (شِیکِر):

لرزاننده مکانیکی الک، لرزش قائم یا لرزش جانبی را به الک دانه بندی خاک منتقل می سازد، این لرزش باید به شکلی اعمال گردد که دانه ها بر روی الک، به بالا و پایین پریده و بلغزند تا در جهات مختلف بر روی سطح الک قرار گیرند و بتوان آنها را در مراحل بعدی با توجه به وجود دانه ها در هر الک دسته بندی کرد.

لرزاننده مکانیکی الک، لرزش قائم یا لرزش جانبی را به الک دانه بندی خاک منتقل می سازد که سبب جدا سازی دانه ها و قرار گیری آن ها در هر الک می گردد.

4. کوره:

جهت انجام آزمایش دانه بندی خاک به روش الک لازم می باشد تا از کوره ای با اندازه مناسب که قادر است دمای یکنواخت 5± 110 درجه سانتی گراد (9 ± 230 درجه فارنهایت) را حفظ کند، استفاده نماییم.

نمونه برداری آزمایش دانه بندی خاک به روش الک:

وزن نمونه ای که برای آزمایش دانه بندی خاک به کار برده می شود  باید پس از خشک کردن تقریبا برابر وزن در خواستی باشد. همچنین در آزمایش دانه بندی خاک به روش الک، مقدار نمونه لازم برای مخلوط های درشت دانه به میزانی هست که امکان انجام آزمایش با لرزاننده های مکانیکی وجود دارد. نتیجه آزمایش دانه بندی مکانیکی خاک برای نمونه هایی از سنگدانه های بزرگ تر از 50 میلی متر نیز مورد رضایت است، مشروط بر آن که مقدار نمونه کم بوده و معیار پذیرش یا عدم پذیرش مصالح، متوسط نتایج چند آزمایش باشند.

روش انجام آزمایش دانه بندی خاک به روش الک:

در اولین گام از آزمایش دانه بندی خاک به روش الک لازم می باشد تا نمونه آزمایش تا رسیدن به وزن ثابت، در دمای 5± 110 درجه سانتی گراد (9±230 درجه فارنهایت) خشک شود. سپس الک ها به ترتیب شماره، از بزرگ به کوچک و از بالا به پایین بر روی هم قرار داده شوند و نمونه خاک بر روی الک بالایی ریخته شده. توجه شود که الک ها به وسیله دست یا به کمک لغزنده مکانیکی به مدت کافی تحت لغزش قرار خواهند گرفت.

در گام بعدی از آزمایش دانه بندی خاک به روش الک لازم است مقدار مصالح بر روی الک، تا حدی محدود بشود که تمامی دانه ها فرصت چندین مرتبه قرارگیری در برابر سوراخ های الک را پیدا کنند. برای الک هایی که چشمه آن ها کوچک تر از 4.75 میلی متر ( شماره 4) است، نباید وزن مصالح باقی مانده بر روی الک بیش از 6 کیلو گرم بر متر مربع (4 گرم بر اینچ مربع) سطح الک باشد. همچنین در آزمایش دانه بندی خاک، الک هایی که چشمه آن ها 4.75 میلی متر (شماره 4) یا بزرگتر باشد، وزن مصالح بر روی الک بر حسب کیلوگرم بر متر مربع باید از 2.5 برابر اندازه سوراخ های الک (برحسب میلی متر) بیشتر نباشند.

لازم به ذکر است که در آزمایش دانه بندی خاک به روش الک، نباید وزن مصالح بر روی الک به اندازه ای قرار گرفته باشد که بافت الک، تغییر شکل دائمی دهد.

دقت شود، در آزمایش دانه بندی مکانیکی خاک، الک کردن تا زمانی ادامه پیدا خواهد کرد که پس از آن به ازای هر یک دقیقه الک کردن، کمتر از یک درصد وزن مصالح باقی مانده بر روی هر الک، از آن عبور نماید.

در طی دانه بندی خاک، قسمتی از نمونه که ریزتر از 4.75 میلی متر (شماره 4) می باشد را می توان بر روی دو یا چند سری الک توزیع کرد تا از انباشته شدن بیش از حد مصالح بر روی الک جلوگیری به عمل آید.

در نهایت وزن مصالح مانده بر روی هر الک، با ترازو با دقت 0.1 درصد وزن نمونه خشک اولیه تعیین می شود. همچنین در طی آزمایش دانه بندی خاک به روش الک لازم می باشد، وزن کل مصالح پس از الک کردن با وزن اولیه نمونه کنترل گردد و در صورتی که اختلاف این دو بیش از 0.3 درصد باشد، نتایج قابل قبول نمی باشد.

گزارش کار آزمایش دانه بندی خاک به روش الک:

بسته به مشخصات مورد نیاز مصالح تحت آزمایش دانه بندی خاک، گزارش دانه بندی خاک باید شامل موارد ذیل باشد:

1. درصد کل مصالح عبور کرده از هر الک.

2. درصد کل مصالح باقی مانده بر روی هر الک.

3. درصد مصالح باقی مانده بین الک های متوالی.

آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک:

تحلیل هیدرومتری برای ارزیابی منحنی توزیع اندازه دانه های ریز خاک (عموما کوچک تر از 75 میکرومتر) که به دلیل کوچک بودن اندازه آن ها از طریق روش مکانیکی الک قابل طبقه بندی نیست، انجام می پذیرد.

باید دقت شود که نتایج آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک برای طبقه بندی خاک ها به کار نرفته بلکه برای به دست آوردن اطلاعاتی در رابطه با رفتار مهندسی دانه های ریز خاک، مورد استفاده واقع می شود.

تئوری آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک:

برای تخمین هدایت هیدرولیکی خاک از روابط هایزن استفاده می گردد. آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک بر مبنای این استوار بوده که قانون استوکس این توانایی را دارد که برای رسوب دانه های ریز خاک استفاده بشود. قانون استوکس فرآیند رسوب دانه های کروی را که با هم اندرکنشی ندارند، توصیف می نماید.

وسایل آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک:

1. دستگاه مخلوط کن برقی.

2. هیدرومتر.

3. محلول جدا کننده ذرات خاک از یکدیگر.

4. آب مقطر.

5. هگزامتافسفات سدیم.

6. دماسنج با دقت نیم درجه سانتی گراد.

7. استوانه رسوب گذاری (Sedimentation Cylinder) و استوانه شاهد.

8. زمان سنج (کرنومتر).

9. الک استاندارد شماره 10 همراه با سر الک و Pan.

نحوه انجام آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک:

1. برای انجام آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک، از 50 گرم خاک عبوری از الک شماره 10 که توسط ترازوی دیجیتالی (با دقت 0.1 گرم) توزین شده، استفاده می کنیم.

2. در آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک، محلول جدا کننده با غلظت 40 گرم پودر هگزامتافسفات سدیم NaPO3 در 1 لیتر آب مقطر تهیه و سپس 125 سی سی از محلول جداکننده با 50 گرم خاک عبوری از الک شماره 10 در داخل کاسه همزن به مدت 5 تا 10 دقیقه به وسیله دستگاه مخلوط کن، مخلوط می گردد.

3. بر اساس آیین نامه ASTM D422-6، خاک باید 16 ساعت در محلول خیس خورده باشد. اما در آزمایشگاه ممکن است به دلیل کمبود وقت، چنین زمانی برای خیس شدن خاک اختصاص ندهند، بنابراین محلول مجددا برای مدت 5 تا 10 دقیقه، مخلوط می شود.

4. در گام بعدی از آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک، پس از این که حجم محلول با آب مقطر 1000 میلی لیتر شد، با استفاده از یک حمام آب گرم با دمای ثابت، دمای محلول را به یک دمای ثابت می رسانیم، البته اگر دما 20 درجه سانتی گراد باشد، دیگر نیازی به اعمال ضریب اصلاح دما نیست.

5. در این گام از آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک و پس از تثبیت دما با یک سرپوش پلاستیکی، استوانه به مدت یک دقیقه و حداقل پنجاه بار سر و ته می شود. سپس استوانه مدرج در موقعیت کاملا ثابت قرار می گیرد و بلافاصله با استفاده از هیدرومتر، قرائت اول انجام می پذیرد. اما قرائت های بعدی در زمان های 0.5 و 1 و 2 و 3 و 4 و 5 و 15 و 30 و 60 و 250 و 1440 دقیقه انجام می شود.

محدودیت های آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک:

آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک دارای دو محدودیت مهم است:

1. اولین محدودیت آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک در نظر گرفتن این فرض است که دانه ها با یکدیگر اندرکنش ندارند. این فرض مخصوصا برای رس ها صحیح نمی باشد زیرا بار الکتریکی بر روی سطح رس ها باعث ایجاد نیروهای جاذبه و دافعه الکتریکی بین دانه های مجاور خواهد شد.

2. دومین محدودیت آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک این است که دانه های رس کروی نبوده بلکه به شکل صفحه ای یا سوزنی، قابل مشاهده هستند. بنابراین آزمایش هیدرومتری برای دانه های رس دقیق نیست و جزئی از تقریب های آزمایش هیدرومتری خواهد بود. به علاوه آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک با اندازه گیری زمان و فاصله سقوط برای هر ذره انجام نمی پذیرد بلکه به جای آن تغییرات زمانی چگالی دوغاب محلول خاک، اندازه گیری خواهد شد. با ته نشین شدن دانه های خاک درون یک سیلندر استوانه ای، چگالی دوغاب محلول خاک کاهش پیدا می کند و هیدرومتر داخل محلول به سمت پایین فرو خواهد رفت.

اصلاح آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک:

اصلاحات لازم برای آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک نه تنها شامل اصلاحات هلالی، حرارت و چگالی است بلکه شامل اصلاحات هندسه، حجم بلور و مساحت سطح مقطع سیلندر رسوب نیز خواهد بود.

هزینه آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک:

آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک یکی از آزمایش های مهم و حیاتی خاک جهت سنجش توزیع ابعادی خاک می باشد که با توجه به اهمیت آن عمدتا صرف نظر از هزینه و قیمت انجام آزمایش جهت سنجش ابعاد خاک مورد استفاده قرار می گیرد. اما به طور کلی آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک بر حسب نوع خاک متفاوت می باشد.

شرکت عمرانی و مهندسی ایستا سازه

با تکیه بر دانش فنی و سوابق مدیران خود در مهندسی و ساخت پروژه های عمرانی و با هدف توسعه و گسترش فناوری نوین و تکنیکهای روز دنیا در زمینه مدیریت، طراحی، ساخت و اجرای پروژه های عمرانی شکل گرفته است.

این شرکت با برخورداری از نیروهای جوان ، مجرب، خلاق و نوآور، با تکیه بر تخصص و صداقت در کار و بهره گیری از آخرین دستاوردهای علمی و تکنولوژیکی درصدد ارائه خدمات مهندسی در گستره وسیعی از زمینه های مهندسی عمران می باشد.

دانش علمی و فنی در کنار تجربه ی اجرایی، مدیریتی و قراردادی، تیم فنی مهندسی “ایستاسازه” را به گروهی قابل اعتماد، جهت واگذاری کلیه مراحل برنامه ریزی، طراحی، اجرا و نیز مدیریت و نظارت راهبردی پروژه های عمرانی – ژئوتکنیکی تبدیل و انجام موفقیت‌آمیز بسیاری از پروژه‌های متنوع طرح و اجرای پایدارسازی و بهسازی خاک را تضمین نموده است.