آزمایش حد روانی و حد خمیری

مقدمه:

در زمان وجود کانی های رسی در خاک ریزدانه ،خاک را میتوان با افزودن مقداری رطوبت بدون خردشدن شکل داد. این ماهیت چسبندگی در اثر احاطه شدن ذرات رس با آب جذب شده ایجاد می شود.در اوایل قرن بیستم یک دانشمند سوئدی به نام اتربرگ روشی را برای توصیف سفتی خاک ریزدانه با میزان رطوبت متفاوت ابداع کرد. خاک در میزان رطوبت بسیار پایین بیشتر شبیه جسم جامد عمل می کند. در میزان رطوبت بسیار بالا ،خاک وآب شبیه یک سیال جاری می شوند. بنابراین بر اساس یک مبنای اختیاری ،بسته به میزان رطوبت ،رفتار خاک را می توان به 4 حالت تقسیم کرد:جامد،نیمه جامد،خمیری و روان.میزان رطوبتی که در آن خاک از حالت جامد به حالت نیمه جامد تبدیل می شود ،حد جمع شدگی نام دارد. میزان رطوبتی که در آن خاک از حالت نیمه جامد به حالت خمیری تبدیل می شود، حد خمیری و از حالت خمیری به حالت روانی ،حد روانی نامیده می شود. این پارامتر را حدود Atterberg   نیز می نامند. حد روانی،خمیری و دامنه خمیری از پارامترهای لازم در طبقه بندی خاک های ریزدانه محسوب میشود.

آزمایش تعیین حد روانی

وسایل مورد نیاز:

1. دستگاه حد روانی کاساگرانده.

2. شیار کش.

3. ظروف تعیین رطوبت.

4. کاردک یا تیغه کاردی شکل.

5. گرمخانه(اون).

6. ترازو با دقت 0.01 گرم.

7. الک نمره 40.

دستگاه کاساگرانده:

وسیله ای مکانیکی است با یک پیاله برنجی به قطرداخلی 54 میلیمتروضخامت2 میلیمتر و وزن 200 گرم.این پیاله از قسمت عقب بوسیله سنجاقی روی دو پایه که این پایه خود بروی سکویی ازجنس پلاستیک سخت قراردارد لولا می شود.بوسیله گرداندن یک دسته پیاله روی لولا چرخیده وبالا می رود.دو مرتبه پایین می افتد ودر حقیقت ضربه ای به کف آن زده می شود. همراه با این وسیله میله ای نیز برای ایجاد یک شکاف استاندارد در داخل نمونه خاک محتوی پیاله طرح شده است.میله شیاردهنده می تواند شکافی با مقطع ذوزنقه ای که قاعده کوچک آن در پایین به عرض 2 میلیمترو قاعده بزرگ آن در بالا بعرض 11 میلیمتر و ارتفاع آن 8 میلیمتراست ایجاد کند.

این دستگاه در آزمایشگاه به 2 شکل : 1- با شماره انداز ، 2- بدون شماره انداز موجود میباشد که نمونه هایی از این دستگاه را در شکل زیر مشاهده میکنید :

نمونه خاک:

نمونه ای به وزن 130 گرم رااز قسمتی از خاک که بخوبی مخلوط شده و از الک نمره 40  رد شده است انتخاب میکنیم. خاک خشک شده در گرمخانه روی حدود اتربرگ اثر گذاشته وآنها را پایین می آورد. هرگز نباید حدود اتربرگ راروی مصالح خشک شده انجام داد.برای رفع این مسئله وتعیین حدود صحیح اتربرگ بهتراست مصالح را با رطوبت طبیعی(که ازالک 40  عبور می کند) آزمایش کرد.

شرح آزمایش:

نمونه انتخابی را با 26 سی سی آب اولیه روی سطح سینی خوب مخلوط می کنیم تا آنکه خمیر نرم و یکنواختی حاصل شود. قسمتی ازنمونه خمیرآماده شده را درداخل پیاله برنجیِ جام قرار داده وسطح آنرا هم تراز با لبه پیاله بوسیله کاردک با حداقل مالش ممکن صاف می کنیم . از پیاله حد روانی نباید جهت مخلوط کردن آب وخاک استفاده شود. مقدارخاک درداخل پیاله باید آن قدر باشد که تقریبا   حجم پیاله در قسمت جلو پرشود و عمق آن درمرکز حدود 12میلیمترباشد. ازحبس شدن حباب هوا در مخلوط جلوگیری شود. سپس شیارکش را عمود بر سطح پیاله گرفته از قسمت عقب به جلوی نمونه شکافی درآن ایجاد می کنیم تا عمق شکاف در نقطه حداکثر ضخامت به 10 میلیمتر برسد.خاک های اضافه را برمی داریم و برای اجتناب از کنده شدن خاک اطراف شیار یا سرخوردن خاک درپیاله، شیارکش را چند مرتبه درطول خط مرکزی ازجلو به عقب می کشیم تا عمق شیار بیشتر شود. بلافاصله بعد از ایجاد شکاف دسته را می گردانیم تا پیاله ضربه هایی به سکوی دستگاه بزند.سرعت گرداندن دسته باید تقریبا 2 دور درثانیه باشد وآنقدر ادامه می یابد تا وقتی که شیار در طولی به اندازه 13  میلیمتر بسته شود. تعداد ضربات لازم برای بسته شدن شیار را یادداشت کرده و مقداری از خاک داخل جام را که شامل قسمت بسته شده شیار است برای تعیین درصد رطوبت داخل ظرف مخصوص می ریزیم و درپوش آن را می بندیم. سپس وزن ظرف و خاک مرطوب(W₂) را تعیین می کنیم . جام را خالی کرده ، جام و شیارکش را تمیز می کنیم و برای مرحله بعد آماده می کنیم. به نمونه خاک مقداری آب (1 تا3  میلی لیتر) اضافه می کنیم تا درصد رطوبت آن بالاتر رود وتعداد ضربات لازم برای بستن شیار کم شود. مراحل ذکر شده رابرای2 نمونه دیگر با درصد رطوبت متفامت مجدداً تکرار می کنیم . منظور از این کار دست یافتن به مقدار رطوبت نمونه ای است که درهر آزمایش تعداد ضرباتش بین 15 تا 35 باشد. در صد رطوبت نمونه ها را باید تعیین کنیم . برای این کار، ظرف های تعیین درصد رطوبت را درگرمخانه قرار می دهیم تا خشک شود وبه وزن ثابت برسد. (W₃)

محاسبات :  

با توجه به نتایج تعداد زیادی آزمایش،حد روانی درصد رطوبتی است که در آن لبه شکاف استاندارد حاصله بر اثر 25 ضربه بطول معادل 13 میلیمتر بسته شود .میزان رطوبت خاک بر حسب درصد و تعداد ضربه های متناظر روی یک کاغذ نمودار نیمه لگاریتمی ترسیم میشود. رابطه میان میزان رطوبت ولگاریتم تعداد ضربات تقریبا به صورت یک خط مستقیم  است. به این خط منحنی جریان گفته میشود. میزان رطوبت متناظر با 25 ضربه یعنی همان حد روانی خاک ،

تعداد ضربات           N	درصدرطوبت    (%)	وزن ظرف و خاک خشک   W3g)	وزن ظرف و      خاک مرطوب    W2(g)	وزن ظرف   W1(g)	شماره ظرف
28	35.71429	61	65	49.8	25
24	40.92769	57	60	49.67	26
17	13.21877	66	68	50.87	27

در آزمایش فوق با استفاده از نمودار بالا ، درصد رطوبت خاک به ازای 25 ضربه،1/36ست آمد که همان حد روانی است:                             %LL=36.1

آزمایش تعیین حد خمیری     

مقدمه:

تعیین درصد رطوبتی است که در آن خاک به حالت خمیر شکل پذیر باشد و کمتر از این حد خاک ترک برمی دارد.

  وسایل مورد نیاز:

سطح شیشه ای یا سطح صاف دیگر.

1. کاردک .

2. ظروف تعیین درصد رطوبت.

3. گرمخانه (اون).

4. ترازو با دقت 1 گرم.

نمونه خاک:

 اگرفقط منظور تعیین حد خمیری خاک باشد مقداری خاک به وزن تقریبا 20 گرم از مصالح راکه از الک شماره 40 عبور کرده، بهمان طریقی که در آزمایش حد روانی شرح داده شده تهیه می کنیم. اگر هر دو آزمایش حدروانی و خمیری مورد نیاز است نمونه ای به وزن تقریبا 8 گرم از قسمت مرطوب و کاملا مخلوط شده خاک را انتخاب می کنیم. اگر نمونه قبل از اتمام آزمایش حد روانی برداشته شده باشد ، تا تمام شدن آزمایش حد روانی آن را به کناری گذاشته واجازه می دهیم  تا در هوا خشک شود.اگر نمونه در حین آزمایش حد روانی برداشته شده و خشک تر از آن است که بتواند زیر انگشتان بصورت میله ای به قطر 3.2 میلیمتر درآید ،آب بیشتر اضافه نموده و دوباره بخوبی مخلوط می کنیم.   

شرح آزمایش:

نمونه آزمایش رابا فشردن بین انگشتان دست بصورت یک توده بیضی یا کره ای شکل درمی آوریم. این توده خاکی را بین انگشتان و صفحه شیشه ای که بروی یک سطح افقی و صاف قرار دارد با فشار کمی می غلطانیم تا به قطر یکسان در سراسر طول درآید،میزان غلطاندن بین 80 تا90 مالش در دقیقه خواهد بود که هر مالش یک حرکت کامل به جلو و عقب دست می باشد. وقتی فتیله به قطر 3.2 میلیمتر درآمد آن را به 6 تا 8 قطعه تقسیم می کنیم . قطعات را هم بین انگشتان دو دست فشرده و به توده ای یکنواخت وبه شکل تقریبا بیضی در می آوریم و دوباره روی سطح شیشه می غلطانیم . این عمل را آنقدر ادامه می دهیم تا وقتی که خاک تحت فشار لازم برای غلطاندن آن خردشده و دیگر نتواند به شکل فتیله درآید. حالت خرد شدن خاک ممکن است زمانی پیش آید که قطر فتیله بیش از 3.2 میلیمتر شود. هیچ گاه آزمایش کننده نباید سعی کند فتیله خمیری دقیقا با قطر 3.2 میلیمتر ترک بخورد. بدین ترتیب که آنقدر عمل غلطانیدن را ادامه می دهیم تا فتیله 3.2 میلیمتری ایجاد شود. در این صورت یا میزان غلطیدن یا فشار دست یا هر دو کم می شود و عمل غلطانیدن آنقدر ادامه می یابد تا فتیله خاک ترک بردارد . تکه های خردشده را پس از ترک خوردن جمع کرده و در قوطی تعیین درصد رطوبت می گذاریم . قوطی و خاک را گرم وزن کرده ودر اون قرار میدهیم . پس از خشک شدن نمونه مجدداً  قوطی محتوی نمونه را وزن کرده و کاهش وزن در نتیجهء خشک شدن را به عنوان وزن آب یادداشت می کنیم . در جهت اطمینان به رسیدن حد خمیری ، دو قوطی نمونه انتخاب و سپس میانگین درصد رطوبت حاصل از آنها را به عنوان حد خمیری در نظر می گیریم.

 فتیله 3 میلیمتری در حد پلاستیک

محاسبات :

همان طور که گفته شد ،حد خمیری همان درصد رطوبت است که درآن فتیله خاک در قطر 3.2 میلیمتری شروع به ترک خوردن می کند. رطوبت حد خمیری به آسانی قابل اندازه گیری است و هر کسی با کمی تجربه می تواند مقدار آن رابا 1 یا 2 درصد تقریب  معین نماید.                    

 از میانگین درصد رطوبت 2 نمونه مقدار حد خمیری PL=10.03 می آید.دامنه خمیری اختلاف عددی بین حد خمیری و حد روانی خاک است و مشخص کننده درصد رطوبتی است که در آن خاک به حالت خمیری میماند

شماره ظرف	وزن ظرف (w1 gr)	وزن ظرف + خاک مرطوب (W2 gr)	وزن ظرف + خاک خشک (W3 gr)	درصد رطوبت             ω%
77	49.5	50.07	50	14.00
106	49.68	51.08	51	6.06
PL=10.03  ، LL=36.1      PI=( LL – PL) =26.07

 دانلود فایل PDF این مقاله