آزمایش تعیین وزن واحد حجیم خشک خاک در محل

1-                  مقدمه

آزمایش تعیین وزن واحد حجیم خشک خاک در محل ، جهت ارزیابی میزان تراکم خاکریز صورت می گیرد ؛ تراکم مجموعه عملیاتی است که موجب افزایش وزن واحد حجم خاک در محل می شود . افزایش وزن واحد حجم خاک در اثر به هم فشرده تر شدن دانه ها و کاهش فضای خالی میان دانه ای است ، دقت شود که حجم خاک در اثر تراکم تغییر نمی کند و فقط از حجم هوا کاسته میشود . در جه ( میزان ) کوبیدگی خاک بر اساس اندازه گیری وزن واحد حجم خشک  (Dry Unit Weight) آن مشخص می شود . اگر وزن واحد حجم ظاهری خاک برابر    و در صد رطوبت آن برابر    فرض شود ، با استفاده از روابط  و ، وزن واحد حجم خشک خاک از رابطه به دست می آید . این وزن واحد حجم خاک کوبیده شده تابع جنس خاک ، میزان رطوبت و نیروی تراکمی که برای کوبیدن خاک صرف شده است می باشد .

آنچه که ما را ملزم به انجام این آزمایش می کند ، این است که گاهی در کارگاهها در اثر رعایت نکردن دقیق در صد رطوبت لازم برای تراکم یا کافی نبودن انرزی لازم برای این عمل ، وزن واحد حجم خشک حاصل کمتر ( و یا گاهی بیشتر ) از وزن واحد حجم خشک حداکثر حاصل از آزمایش تراکم می گردد . بنابر این با انجام این آزمایش می توانیم درستی یا نادرستی تراکم انجام شده را بررسی کنیم.

این بحث و تعیین وزن واحد حجم خاک برای تعیین خصوصیات مکانیکی خاک از جمله نفوذ پذیری ، مقاومت برشی و تحکیم از موارد مهم در ساخت سدهای خاکی ، سدهای سنگریزه ای و همچنین راهسازی می باشد . به طور عمده چهار دسته از کاربردهای تعیین وزن واحد حجم خشک خاک به شرح زیر می باشد :

الف ) در ارهسازی برای تعیین در صد تراکم لایه های خاکریز .

ب ) در کارهای ساختمتنی برای اطلاع از تراکم و تعیین ظرفیت باربری خاک

ج ) در سد سازی .

د ) در ساخت کانالهای انتقال آب .

آزمایش های تعیین وزن مخصوص خاک در محل

هدف آزمایش و شماره ASTM

آزمایش تعیین وزن مخصوص خاک در محل (تراکم صحرایی) برای بدست آوردن وزن واحد حجم خشک یک لایه خاک مشخص   در حالت متراکم یا طبیعی انجام می‌شود و در واقع هدف نهایی تعیین درصد تراکم آن نسبت به حالت تراکم حداکثر همان نوع خاک است.

شماره آزمایش در استاندارد ASTM :       ASTM    D    1556-82

شماره آزمایش در استاندارد AASHTO :        ASSHTO   T    191-86

2-      ابزار مورد نیاز

1-       استوانه سند باتل (و سینی مخصوص زیر آن)

2-       ماسه استاندارد (سیلیسی) (رد شده از الک نمره 20 و مانده روی الک نمره 100)

3-      ترازو (با دقت 1 gr – ترازوی مکانیکی)

4-      وسایل حفاری (چکش ، قلم آهنی، قلم مو، قاشق)

5-     نایلون پلاستیکی (جهت انتقال خاک چاله حفر شده به آزمایشگاه)

6-  اون (oven) (در دمای 100c)

3-     گزارش نحوه تهیه نمونه و اجرا :

سندباتلی پر از ماسه بادی و هچنین سینی مخصوص آن (در وسط سوراخی به قطر 10cm دارد) و یک ظرف استوانه‌ای فلزی در اختیارمان قرار گرفت. ابتدا برای تعیین وزن حجمی ماسه    ظرف استوانه‌ای را روی ترتوزی مکانیکی وزن کردیم (713gr) سپس سندباتل را روی ظرف استوانه‌ای قرار دادیم به طوریکه مخروط زیر اساس باتل روی دهانه ظرف قرار گیرد ، شیر سندباتل را باز کردیم و تا زمانی که ماسه درون سندباتل از حرکت و ریزش ایستاد، صبر کردیم تا ظرف استوانه‌ای پر شود سپس سندباتل را روی ظرف برداشتیم و با یک صفحه صاف ماسه اضافی روی دهانه ظرف را بیرون ریختیم به طوریکه ماسه درون ظرف درست لبه آن قرار گیرد.

 دوباره ظرف را به همراه ماسه‌های درونش روی ترازو قرار داده و دوباره وزن نمودیم (سعی کردیم ظرف نلرزد و تکان نخورد، زیرا باعث می‌شد دانه‌های ماسه در لابه‌لای هم قرار گیرند و باعث خطا در اندازه‌گیری وزن و در نتیجه وزن مخصوص ماسه شود) حجم ظرف استوانه‌ای نیز بر روی آن نوشته شده بود.( cm3 1010.31 ( در این صورت با داشتن وزن مخصوص و حجم ملسه   آن قابل محاسبه است.

سپس برای کالیبره کردن سندباتل و بدست آوردن وزن ماسه‌ای که در مخروط زیرش جای می‌گیرد، به این روش عمل نمودیم: سینی مخصوص را روی یک سینی گذاشته ، سند باتل را روی آن قرار دادیم به طوریکه دهانه مخروطی روی دهانه سوراخ سینی قرار بگیرد. سپس شیر سندباتل را باز کردیم و بعد از پر شدن مخروط شیر را بستیم سپس سینی مخصوص را برداشته و سینی زیرش را به همره ماسه‌های درونش وزن نمودیم  (2770gr) و سینس را از ماسه خالی کرده و وزن سینی را نیز اندازه‌گیری کرده (2365gr) بدین ترتیب ماسه‌ای که در مخروط جای می‌گیرد (وزن کالیبراسیون) بدست خواهد آمد. سپس ماسه را به سندباتل برگردانده و سندباتل را به همراه ماسه‌های درونش وزن نمودیم (5520gr) سندباتل و سینی مخصوص زیرش و وسایل حفاری (قاشق ، چکش، قلم آهنی (پیچ گوشتی) را برداشته و به محل مورد نظر (زمین خاکی جلوی مسجد امام سجاد) رفتیم سینی مخصوص را روی زمین قرار داده و یک نفر با دو پا روی آن ایستاد تا سینی جابجا نشود. سپس با قلم آهنی و چکش چاله‌ای به ارتفاع تقریباً 10cm و به اندازه قطر داخلی سینی حفر کردیم و خاک درونش را داخل دو نایلون پلاستیکی که داخل هم قرار دادیم (به منظور جلوگیری از سوراخ شدن نایلون) می‌ریزیم. سپس سندباتل را روی دهانه سینی قرار دادیم و شیر را باز کردیم تا چاله از ماسه بادی پر شود. سپس شیر سندباتل را بستیم و ماسه درون چاله را نیز در ظرفی جدا جمع‌آوری نمودیم (قابل ذکر است در هنگام حفر چاله بارندگی شد) سپس به آزمایشگاه برگشته و وزن خاک (1503 gr) و سندباتل (4017 gr) را اندازه‌گیری نمودیم ماسه جمع‌آوری شده از چاله را نیز با الک 20 الک کردیم تا خاک مخلوط شده با آن جدا شود.

برای تعیین رطوبت خاک مقداری از آن را در ظرفی ریخته و با ترازوی دقیق وزن کردیم    (302.5 gr) ظرف را نیز پیش از آن توزین کرده (33.6 gr) سپس ظرف به همراه خاک داخل گرمکن (oven) به مدت 24 ساعت (دمای  110) قرار دادیم و روز بعد دوباره ظرف و خاک را وزن کردیم (292.2 gr) .

                                                                       

4-     اندازه‌گیری ها :

الف ) تعیین وزن مخصوص ماسه سندباتل :

713gr	W1	وزن ظرف استوانه‌ای
2223gr	W2	وزن ظرف استوانه‌ای و ماسه
1010.31 cm3	V1	حجم سندباتل

الف – 1) کالیبراسیون سندباتل :

2365 gr	W3	وزن ظرف استوانه‌ای
2770 gr	W4	وزن ظرف استوانه‌ای و ماسه

ب ) تعیین     خاک :

5520 gr	W5	وزن سندباتل پر
4017 gr	W6	وزن سندباتل بعد از آزمایش
1503 gr	W7	وزن خاک مرطوب چاله

ب _1) تعیین درصد رطوبت خاک

33.6 gr	W8	وزن ظرف
302.5 gr	W9	وزن ظرف + خاک مرطوب
292.2 gr	W10	وزن ظرف + خاک خشک

5-     محاسبات

W = 1510 gr   ماسه              ( وزن ظرف استوانه‌ای و ماسه)   W1= 2223 gr

                     (وزن ظرف استوانه‌ای)         W2=713 gr     

(وزن سینی ) W3= 2365 gr     

  W=405gr وزن کالیبراسیون            (وزن سینی و ماسه درون مخروط سندباتل)  W4= 2770 gr

= 268.9-258.6=10.3 gr Wwater   وزن آب                            (وزن ظرف) W8= 33.6 gr   Wwet = 302.5-33.6=268.9gr       وزن خاک مرطوب              (وزن ظرف و خاک مرطوب)   W9=302.5

  رطوبت              (وزن ظرف و خاک خشک)   W10=292.2

حجم چاله

وزن مخصوص تر خاک

 وزن مخصوص خشک خاک

در اینجا فرض می کنیم که خاک مورد آزمایش مانند خاکی است که از آن در آزمایش پروکتور استفاده کردیم. و از       که در آزمایش قبل بدست آوردیم برای تعیین اندیس ترکم استفاده می کنیم.

  اندیس تراکم اجرایی

:  برای بدست آوردن  باید آزمایش تراکم ((ASTM D 698-78 بر روی خاک مورد نظر انجام شود .

(gr)				رطوبت (درصد)	Vچاله
405	1.4946	1.97	1.90	3.83	734.64

جدول نتایج

6-     خطاها

1 . یکی از اشکالات روشهای ذکر شده ، عدم امکان استفاده از آنها برای سنگهای بزرگتر ازmm 35 یا mm 42 است که در اینگونه موارد پیشنهاد می شود برای خاک حاوی شن درشت و قلمه سنگ ، از پلاستیک و آب استفاده شود ، در این روش گودالی به اندازه لازم ایجاد می شود ، پلاستیک را داخل آن قرار می دهیم و تا تراز بالای آن آب می ریزیم . از روی وزن اب م یتوان حجم گودال را یافت و با داشتن وزن مصالح ، وزن واحد حجم خشک آن را یافت.

2 . حتما سعی شود در اندازه گیری وزن واحد حجم ماسه مصرفی و مقدار ماسه لازم برای پر کردن قیف و شیار صفحه تحتانی و ... به صورت تکرار عمل گردد و اعداد خارج از محدوده کنار گذاشته شده ، از ما بقی میانگین گرفته شود .

3 . دقت شود که در حین حفر چاله ، دیواره آن خراب نشود و خاک کنده شده کاملا در ظرفی جمع آوری شود و هیچ گونه مصالحی دور ریخته نشود . در ضمن خاک های دانه ای  ( شن و ماسه ) باید توجه بیشتری در کندن چاله مبذول گردد .

4 . با توجه به اینکه با حفاری چاله ، عمق لایه را مشخص می کنند ، در صورتی که ضخامت لایه از مقدار مشخصی بیشتر باشد ، لایه ها به خوبی متراکم نم یشوند و بخش های مختلف ضخامت خاکریز از تراکم متفاوتی بر خوردار خواهند شد . در این حالت برای اطمینان از نمونه گیری ، از بخش پاییمی چاله استفاده می شود .

5 . با توجه به اینکه امکان تراکم توده های اطراف آبراهها و سازه های دیگر به آسانی توسط غلتک میسر نیست ، لازم است با استفاده از متراکم کننده های دستی این بخش ها متراکم شوند و جهت اطمینان از این بخش باید برخی از نمونه ها ، از کنار سازه ها برداشته شوند .

7-     نظرات شخصی :

در هنگام آزمایش کالیبراسیون بالون هوا داخل ظرف محبوس و فشرده شود پیشنهاد میشود سوراخی جهت عبور هوا در جدار یا ته ظرف تعبیه شود و یا لوله ای بسیار باریک در جدار حدفاصل بالون و ظرف قرار داده شود. در غیر این صورت چون بالون با فشار آب به جدار ضرف میچسبد هوا در زیر آن فشرده میشود باعث ایجاد خطا میشود. همچنین این آزمایش تکمیل کننده آزمایش تراکم و بار گذار C.B.R است بهتر بود که نمونه برداری جهت آزمایش اول یعنی تراکم از مکان مشخص توسط دانشجویان انجام می شد و برای این آزمایش نیز از همان مکان نمونه تهیه می شد تا دانشجویان با شرایط طبیعی و تراکم طبیعی خاک بهتر آشنا شده و بهتر می توانستند نتایج حاصل را با درک فهم بهتر تحلیل نمایند .و در صورت امکان با روش بالون نیز آزمایش انجام می شد تا نتایج حاصل از دو روس را بتوانند ارزیابی کنند و خود بفهمند کدام روش مناسب تر است .