مهندسین مشاور خاک و پی آزما

آزمایشگاه فنی مکانیک خاک،بتن و آسفالت


تعیین حدود اتربرگ:حد روانی- حد خمیری

Tuesday 23rd of September 2014
laboratory-stress-testing
laboratory-stress-testing
laboratory-stress-testing
laboratory-stress-testing

تعيين حد روانی

هدف از آزمايش:
هدف از انجام اين آزمايش، تعيين درصد رطوبتي است كه در آن مخلوط آب و خاك از حالت خميري به حالت مايع در مي آيد.
وسايل آزمايش :
الك نمره40+خاك عبوري از الك نمره 40حداقل 0.5Kg +آب به مقدار لازم +ظروف چيني +گرمخانه + ترازو با دقت 0.1 گرم+دستگاه كاسا گرانده

تئوري مسأله:
خاكهاي ريزدانه با افزايش مقدار آب جذب شده حالات مختلفي به خود مي گيرند. افزايش آب باعث پوشيده شدن دانه ها با يك لايه آب جذب سطحي مي شود. با افزودن آب بيشتر، ضخامت لايه آب دور دانه ها اضافه شده، لغزش دانه ها روي يكديگر راحت تر مي شود. بنابراين رفتار خاك عملاً به ميزان آب داخل مجموعه بستگي دارد.
كانيهاي رس به علت ساختمان بلوري، داراي نيروهاي سطحي زيادي هستند كه وجود آب جذب سطحي نيز به علت وجود همين نيروها مي باشد و اين نيروها مي توانند بر نيروي ثقل آب غلبه نمايند.بنابراين تنها ريزدانه بودن، براي شناخت خاك كافي نيست بلكه بايد نوع ريزدانه مشخص شود، زيرا ريزدانه هاي مختلف داراي رفتار مشابهي از جهت آب جذب سطحي نيستند.
شرح آزمايش:

  1. وزن سه ظرف مخصوص تعيين درصد رطوبت را تعيين مي كنيم(W1).
  2. نمونه انتخابي از خاكي را كه در هوا خشك شده و از الك نمره 400 عبور كرده است, در ظرف تبخير قرار مي دهيم و به آن مقداري آب اضافه كرده, خاك را چنان مخلوط مي كنيم تا به صورت يك خمير يكنواخت در آيد.
  3. قسمتي از نمونه خاك آماده شده را در جام كاساگرانده قرار داده, در حالي كه جام روي پايه ثابت است با استفاده از كاردك, سطح خاك داخل جام را صاف مي كنيم, به طوري كه عمق خاك در گودترين نقطه 10 ميليمتر باشد. مراقب باشيد كه حباب هاي هواي خاك را از بين ببريد. خاك اضافي باقيمانده را در يك ظرف جداگانه قرار دهيد و روي آن را با يك دستمال خيس بپوشانيد تا رطوبت خود را از دست ندهد.
  4. با استفاده از شياركش, روي خاك داخل جام شياري در امتداد محور تقارن جام به وجود مي آوريم. براي اين كار, شياركش را روي سطح خاك قرار داده, آن را روي يك منحني حركت مي دهيم. در خاكهايي كه با يك حركت نمي توان شيار به وجود آورد, اين كار را بايد چندين بار تكرار نمود.
  5. بررسي مي كنيم كه روي پايه و يا زير جام, خاكي نچسبيده باشد. دسته دستگاه را با سرعتي در حدود 2 ضربه در هر ثانيه مي چرخانيم. با اين كار, جام بالا مي رود و فرو مي افتد و به اين وسيله يك ضربه بر جام اعمال مي شود. اين كار را تا وقتي كه شيار در طولي به اندازه 13 ميليمتر (5/. اينچ) بسته شود, تكرار كنيد.
  6. بررسي مي كنيم كه وجود حباب هاي هوا باعث بسته شدن زود هنگام شيار نشده باشد.در صورت مشاهده حباب هوا, آزمايش را از اول تكرار مي كنيم. در اين آزمايش اگر خاك روي سطح جام بلغزد, بايد آزمايش را با درصد رطوبت بيشتر تكرار نمود. اگر بعد از چند بار تكرار با درصد رطوبت بالاتر, نمونه خاك همچنان داخل جام لغزيد و براي بسته شدن شيار, هميشه تعداد ضربات كمتر از 25 بدست آمد, با اين روش حد رواني خاك مورد نظر را نمي توان تعيين نمود و آن را بدون انجام آزمايش حد خميري, به عنوان يك خاك غير خميري معرفي مي كنيم.
  7. تعداد ضربات لازم براي بسته شدن شيار را يادداشت كرده, مقداري از خاك داخل جام را كه شامل قسمت بسته شده شيار است, براي تعيين درصد رطوبت, داخل ظرف مخصوص تعيين درصد رطوبت مي ريزيم و درپوش آن را مي بنديم.سپس وزن ظرف و خاك مرطوب(W2) را تعيين مي كنيم.
  8. جام را خالي كرده, جام و شياركش را تميز مي كنيم و براي مرحله بعدي آماده مي كنيم.
  9. به نمونه خاك, مقداري آب اضافه مي كنيم تا درصد رطوبت آن بالاتر رود و تعداد ضربات لازم براي بسته شدن شيار كم شود. مراحل A تا H را مجدداً انجام مي دهيم. اين عمل بايد براي تعدا ضربات بين 15 تا 25, 20 تا 30 و 25 تا 35 انجام شود.
  10. درصد رطوبت سه نمونه بايد تعيين شود. براي اين كار, ظرفهاي تعيين درصد رطوبت را در گرمخانه قرار مي دهيم تا خاك خشك شود و به يك وزن ثابت(W3) برسد.
محاسبات:

درصد رطوبت را براي هر سه نمونه, مطابق زير تعيين مي كنيم:    
w =(W2-W3)/(W3-W1)*100

نتيجه گيري و خطا:

  1. براي اطمينان از رسيدن به حد رواني و اينكه تعداد ضربات, به طور واقعي معرف مشخصه خاك تحت آزمايش باشد, حداقل دو بار بسته شدن شيار, مشاهده خواهد شد تا يكي از آنها يادداشت شود.
  2. بعضي از خاكها خيلي آهسته آب جذب مي كنند؛ بنابراين ممكن است افزايش آب با سرعتي انجام گيرد كه حد رواني غير واقعي به دست آيد. براي اجتناب از اين كار, زمان اختلاط بيشتري اختصاص داده خواهد شد. زمان اختلاط آب و خاك 5 تا 30 دقيقه است و براي خاكهاي خميري تر به زمان بيشتري نياز مي باشد.
  3. آزمايشهايي كه بيش از 35 ضربه يا كمتر از 15 ضربه لازم داشته باشند, يادداشت نخواهند شد, ولي اگر اختلاف5 درصد در مقدار حد رواني مجاز باشد, بسته شدن شيار با تعداد ضربات بين 15 تا 40 را مي توان پذيرفت.
  4. اگر تعداد ضربات لازم براي به هم رسيدن لبه هاي شيار خاك زياد باشد, بايد مقدار كمي آب اضافه شود و اگر لبه هاي شيار خاك قبل از 10 ضربه به هم برسند, رطوبت آن بيشتر از رطوبت حد رواني بوده, خاك بايد در هوا با روش مناسب ديگري خشك شود.
  5. در بعضي از انواع خاكها, خصوصاً خاكهاي غير پلاستيك و آلي ممكن است ايجاد شكاف به وسيله ميله استاندارد مشكل يا غير ممكن باشد. براي اين نوع خاكها,ASTM ميله مخصوصي طراحی نموده است كه عمل ايجاد شكاف را براحتي ميسر مي سازد.

تعيين حد خميري

هدف از آزمايش:
هدف از انجام اين آزمايش, تعين درصد رطوبتي است كه در آن, خاك به صورت خميري شكل پذير در مي آيد.
وسايل آزمايش :
الك نمره40+خاك عبوري از الك نمره 40حداقل 0.5Kg +آب به مقدار لازم +ظروف چيني +گرمخانه + ترازو با دقت 0.1 +ذستگاه فتيله ساز
تئوري مسأله:
حد خميري درصد رطوبتي است كه در آن يك خاك چسبنده از حالت خميري به حالت نيمه جامد تغيرر مي كند. در آزمايشگاه, حد خميري درصد رطوبتي است كه در آن,“ خاك در اثر فتيله شدن وقتي كه قطرش 1/8 اينچ (حدود 2/3 ميليمتر) مي شود, شروع به ترك خوردن مي كند. اين آزمايش ممكن است تا حدي وابسته به شخص آزمايش كننده به نظر برسد و نتايج نيز بر حسب اينكه چه كسي آزمايش را انجام مي دهد, متفاوت باشد؛ ولي با تكرار آزمايش, تايج تقريباً مشابهي مي توان به دست آورد.
شرح آزمايش:

  1. از 20 گرم خاكي كه در آزمايش تعيين حد رواني استفاده شد, 5/1 تا 2 گرم را برداشته, با فشردن بين انگشتان به صورت يك توده بيضي شكل در مي آوريم. اين توده خاكي را بين انگشتان يا كف دست و يك صفحه شيشه اي كه بر روي يك سطح صاف و افقي قرار دارد, با فشار كافي مي غلتانيم تا قطر فتيله حاصله در تمام طول آن يكسان باشد, ميزان غلتاندن براي اغلب خاكها بين 80 تا 90 مالش در دقيقه خواهد بود كه هر مالش, يك حركت كامل به جلو و عقب مي باشد. اين سرعت براي خاكهاي خيلي ترد و شكننده بايد كمتر انتخاب شود. مقدار فشار اعمال شده, با توجه به نوع خاك, كاملاً متفاوت خواهد بود. مثلاً خاكهاي شكننده با خاصيت خميري كم, بهتر است با سطح خارجي دست يا نوك انگشتان, بر روي صفحه شيشه اي غلتانده شود. وقتي فتيله به قطر 2/3 ميليمتر در آمد, آن را به چند قطعه تقسيم مي كنيم. قطعات را با هم بين انگشتان دو دست فشرده, به شكل توده اي يكنواخت و بيضي شكل در مي آوريم و دوباره روي سطح شيشه مي غلتانيم. اين عمل را آنقدر ادامه مي دهيم تا وقتي كه خاك, تحت فشار لازم براي غلتاندن آن خرد شود و ديگر نتواند به شكل فتيله در آيد. خرد شدن خاك ممكن است زماني پيش آيد كه قطر فتيله بيش از 2/3 ميليمتر باشد؛ در صورتي كه خاك, قبلاً به صورت فتيله اي به قطر 2/3 ميليمتر در آمده باشد, در اين حالت عمليات را متوقف مي كنيم.
  2. تكه هاي خرد شده نمونه را جمع كرده, در ظرف مخصوص تعيين درصد رطوبت قرار مي دهيم و جهت اطمينان براي دستيابي به حد خميري, دو قوطي نمونه انخاب كرده, ميانگين درصد رطوبت حاصل از هر يك را به عنوان حد خميري گزارش مي نمائيم.
  3. قوطي و خاك را با دقت 01/0 گرم وزن كرده, داخل گرمخانه قرار داده, پس از خشك شدن نمونه مجدداً قوطي حاوي نمونه را وزن مي كنيم. كاهش وزن در نتيجه خشك شدن را به عنوان وزن آب يادداشت كرده, درصد رطوبت را كه همان حد خميري است محاسبه مي كنيم.
  4. مجدداً با انتخاب مقداري ديگر از خاك آزمايش را تكرار مي كنيم.
محاسبات:
همانطور كه گفته شد, حد خميري همان درصد رطوبت است كه در ان فتيله خاك در قطر 2/3 ميليمتر شروع به ترك خوردن مي كند.              حدخمیری=(وزن آب) /(وزن خاک خشک شده در گرمخانه)                           
رطوبت حد خميري به آساني قابل اندازه گيري است و هر كسي با كمي تجربه مي تواند مقدار آن را با يك يا دو درصد تقريب معين نمايد.

نتيجه گيري و خطا:
آزمايشهاي حد رواني و حد خميري, نسبت به ساير آزمايشها به تجربه بيشتري نياز دارند, چون عوامل متعددي بر نتايج آزمايشهاي حد رواني موثرند كه برخي از آنها عبارتند از:

  1. مقدار خاك داخل جام برنجي و ضخامت آن.
  2. سرعت ضربه زدن(كه بايد 120RPM باشد).
  3. مدت زماني كه از ريختن خاك داخل جام تا وقتي كه ضربه زدن شروع مي شود طول مي كشد و نيز ميزان تميز بودن جام قبل از ريختن خاك در ان.
  4. رطوبت آزمايشگاه و سرعت انجام آزمايش.
  5. نوع مصالح بكار گرفته شده در پايه دستگاه(كه معمولاً كائوچو يا لاستيك سخت مي باشد).
  6. دقت در ارتفاع سقوط جام(بايد دقيقاً cm 1باشد).
  7. نوع شيار زدن(ASTM يا كاساگرانده).
وضعيت عمومي دستگاه حد رواني(لولاها, شل نبودن اتصالات و...)