آزمایش دانه بندی خاک

آزمایش دانه بندی خاک

ASTM D 422-87روش انجام آزمایش:

ASTM D 421-87آماده سازی نمونه:

تئوری آزمایش:

خواص نشانه ای خاک ها

خواص نشانه ای به دو گروه کلی خواص دانه ای خاک ها و خواص مجموعه ای خاک ها تقسیم می شود.

خواص دانه ای خاک خواص تک تک دانه هایی که خاک از آن تشکیل یافته است بدون در نظر گرفتن ترتیب قرار گیری دانه هاست اما خواص مجموعه ای خاک به ساختمان و طرز قرار گرفتن دانه ها بستگی دارد و تاثیر بیشتری بر رفتار مهندسی خاک دارد.

دانه بندی (خاصیت دانه ای خاک ها)

امروزه اهمیت پی بردن به توزیع و اندازه ی دانه های خاک به قدری است که این آزمایش در اکثر آزمایشگاه ها به عنوان یک آزمایش ضروری انجام می شود.

دانه بندی به سه روش عمده انجام می شود:

1. الک               2. هیدرومتری              3. ترکیبی از هر دو

در روش دانه بندی با الک با استفاده از مجموعه ای از الک ها و لرزاندن آن ها درصد وزنی دانه های مختلف خاک را به دست می آورند. این آزمایش بیشتر برای خاک هایی است که بیش از %90 دانه هایشان بزرگتر از الک نمره 200 باشد.

برای خاک هایی که بیش از %90 ریزتر از الک 200 باشند آزمایش هیدرومتری انجام می گیرد که بر پایه ی قانون استوکس و کروی بودن دانه هاست.

در مورد خاک های مخلوط درشت دانه و ریزدانه برای بخش درشتر از الک 200 آزمایش دانه بندی و برای ریزتر از آن آزمایش هیدرومتری انجام می شود.

آزمایش دانه بندی:

تحلیل دانه بندی در واقع کوششی است برای تعیین نسبت های مربوط به اندازه های مختلف دانه که از یک توده خاک حاصل می شود. باید توجه داشت که تعیین اندازه های تک دانه ها به هیچ وجه امکان پذیر نیست و باید این اندازه های مختلف خاک را به محدوده های مختلفی تقسیم کنیم. این کار با به دست آوردن مقدار جرم عبوری از یک الک مشخص صورت می پذیرد (واضح است که مقادیر باقی مانده روی هر الک شامل یک محدوده از اندازه ی دانه هاست که کلا از قطر سوراخ آن بزرگترند)

الک ها از سیم های بافته شده ای که سوراخ چهارگوشی را ایجاد می کنند ساخته می شوند و در اندازه های 6/101 برای سری های درشت تا 038/0 برای سری های ریزدانه وجود دارند. الک شماره 200 کوچکترین اندازه ی معمول این سری الکه هاست.

همه ی سیستم های طبقه بندی خاک از الک 200 به عنوان نقطه ی تقسیم استفاده می کنند یعنی طبقه بندی ها بر اساس مقدار باقی مانده یا گذرنده از الک 200 بنا شده اند و برای دانه های کوچکتر از الک 200 از روش هیدرومتری استفاده می شود.

اطلاعات به دست آمده از تحلیل الک ها به صورت منحنی های دانه بندی ارائه می شود این منحنی ها برای مقایسه ی خاک ها کاملا مناسبند چون توزیع اندازه ی ذرات را به ما می دهند. همچنین در یک توده خاک چون محدوده ی اندازه ی دانه هایی که می تواند وجود داشته باشند خیلی زیاد است (بین 075/0 تا 2) امکان استفاده از محورهای معمولی وجود ندارد و به همین دلیل از مقیاس لگاریتمی استفاده می شود. ضمنا در روش های استاندارد از درصد عبوری (درصد ریزتر) برای رسم منحنی استفاده می کنند.

انواع آزمایش الک:

آزمایش الک را به دو صورت می توان انجام داد: روش خشک و روش تر

روش خشک:

در روش خشک مقداری از خاک را برداشته دانه های درشت و کلوخی شکل را خرد می کنند و در مجموعه ای از الک ها قرار می دهند. با لرزش این مجموعه به مدت حدود 10 دقیقه درصد وزنی مقادیر باقی مانده روی هر الک را مشخص و منحنی دانه بندی برای درصد عبوری را روی یک کاغذ نیمه لگاریتمی رسم می کنند.

این روش برای خاک های درشت دانه موثرتر است چرا که شکل دانه ها به کره نزدیک تر است و دانه ها مجزا از یکدیگر هستند.

روش تر:

در این روش خاک ریزدانه را روی الک 200 می ریزند با فشار آب الک و خاک را تا جایی که آب خارج شده شفاف و رقیق شود می شویند و بعد آن را خشک می کنند سپس دانه های مانده روی آن را برای آزمایش الک و بقیه را برای هیدرومتری به کار می برند.

تجربه نشان داده است که عمل شست وشو بسیار موثر است و منحنی دانه بندی به دست آمده از آن رضایت بخش است و به خصوص برای پیشبینی رفتار خاک های غیر چسبنده و یافتن مقدار درصد بزرگتر از الک 200 این روش مناسب تر است.

روش مناسب پیشنهاد شده که تا حد زیادی هم قابل قبول است این است که برای تحلیل دانه بندی خاک های ریزدانه با بیش از 4-5 درصد عبوری از الک 200 ابتدا کلوخ را بشکنیم آن ها را تا حد امکان خرد کنیم و روی الک 200 شست و شو دهیم. این روش به ما اطمینان می دهد که ذرات خیلی کوچک گردوغبار که به دانه های درشت تر چسبیده اند و ذرات رس و کلوخه های درشت خاک شسته شده از سوراخ مورد نظر عبور می کنند.

دقت شود که شستن روی الک برای خاک های شن و ماسه ای که عبوری آن ها از الک شماره 10 کمتر از 15-10 درصد باشد بی فایده است و شستن الک در صورتی که عبوری از الک شماره 100 بین 5-10 درصد باشد لازم نیست.

وسایل آزمایش:

مهم ترین وسایل موردنیاز عبارتند از:

1.مجموعه ی الک

2.فرچه یا مسواک برای تمیز کردن (برای زمانی که بخواهیم الک ها را در جای خود قرار دهیم یا هنگامی که خواسته شد از الک استفاده شود کلوخه یا سنگریزه داشته باشد)

3.گرمخانه (در آزمایش استفاده نشد به دلیل انجام روش خشک)

4.دسیکاتور(استفاده نشد)

5.آب فشان (استفاده نشد)

6.هاون (استفاده نشد)

در مورد اندازه الک و انتخاب آن ها باید توجه داشت که این انتخاب به خاک مورد آزمایش بستگی دارد مثلا الک بالایی بر اساس اندازه ی بزرگترین ذره ی خاک تعیین می شود و اگر مجموعه ی الک هایی که استفاده می شود دارای سوراخ هایی حدودا نیم برابر سوراخ الک بالایی خود داشته باشند به خصوص برای خاک های درشت دانه بسیار مناسب هستند.

روش انجام آزمایش (تجزیه مکانیکی)

انتخاب نمونه:

قدم اصلی تعیین مقدار خاک لازم برای آزمایش است که این مقدار بستگی به قطر درشت ترین ذره ی خاک دارد. اگر این قطر را با D نمایش  دهیم و w وزن خاک لازم برای آزمایش باشد در آن صورت رابطه ی        D 600 < W< 200D ، که در آن W  به گرم وD به میلی متر است . D  در حقیقت قطر سوراخ ریزترین الکی است که بزرگ ترین ذره از آن عبور می کند . عموماً برای انتخاب مقدار خاک لازم برای آزمایش از جدول  6- 3 استفاده می شود.

شرح آزمایش:

در ابتدا یک عدد سینی آورده شد وزن آن کشیده شد که مقدار آن 1کیلو700 گرم بود سپس مقداری خاک آورده شد روی سینی ریخته و جوری وزن خاک و سینی را تنظیم کردیم که جمع آن رو هم 4کیلو 700 گرم شد چون ما به 3 کیلو خاک نیاز داشتیم.

بعد از آن الک های 200 و100 و 40 و 10 و 4 و 8/3 و 1 که در جای مخصوص خود بود آورده شد الک ها را به ترتیب گفته شده از کوچک به بزرگ روی هم گذاشته شد. سپس مقدار خاکی که 3 کیلو کشیده شده بود را آورده و کم کم روی بزرگترین الک می ریزیم همزمان الک ها تکان داده شد تا خاک از الک ها عبور کند این کار را آنقدر انجام داده شد تا همه ی 3 کیلو خاک از الک ها عبور کرد سپس الک ها را جدا کرده و وزن تک تک الک ها و خاک روی الک را با ترازویی که دقت آن 1/0 بود اندازه گیری شد. خاک ها از روی الک ها خالی شد و وزن تک تک الک ها که کاملا تمیز و شسته شده و خشک شده بود کشیده شد. سپس وزن الکی که خاک روی آن بود رو از الک تمیز شده کم شد و به این ترتیب مقدار خاک خالص روی هر الک بدست آمد حال در جدولی که به گزارشکار پیوست داده شده است شماره الک و قطر الک ها و وزن باقی مانده روی هر الک و درصد خاک باقی مانده روی هر الک و درصد عبوری از هر الک آورده شده است همچنین نمودار دانه بندی که محور افقی آن قطر هر الک و محور عمودی آن درصد عبوری می باشد در پشت صفحه آورده شده است