استاندارد ASTM در آزمایش تعیین درصد رطوبت خاک

آزمایش  تعیین درصد رطوبت    (Moisture Test)
الف ـ مقدمه
آزمایش تعیین درصد رطوبت احتمالاً رایجترین و ساده‌ترین نوع آزمایش آزمایشگاهی مکانیک خاک است که می‌تواند بر روی خاکهای دست خورده یا دست نخورده انجام شود.

ب ـ مراحل آزمایش

<!--[if !supportLists]-->1-     به کمک یک ترازو، جرم یک ظرف خشک و تمیز (MC)را اندازه بگیرید.  ظرف محتوی نمونه، غالباً فلزی است.  شماره ظرف و جرم آن باید روی فرم اطلاعات ثبت شوند. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     خاک مرطوب را داخل ظرف قرار دهید.  جدول 1 حداقل وزن لازم جهت انجام آزمایش تعیین درصد رطوبت را برحسب بعد بزرگترین دانه تشریح می‌نماید. <!--[endif]-->

بعد بزرگترین دانه (mm)	شماره الک مربوطه	حداقل جرم نمونه خاک مرطوب (gr) برای دقتمحاسباتی
1/0 درصد	1 درصد
2£ 1/4 5/9 19	10 4 اینچ اینچ	20 100 500 2500

جدول 1: حداقل جرم لازم نمونه خاک برای آزمایش تعیین درصد رطوبت.

<!--[if !supportLists]-->3-      به کمک یک ترازو، جرم ظرف و خاک مرطوب (Mwc) را اندازه گیری نمایید.  سپس ظرف و خاک مرطوب را به مدت 12 تا 16 ساعت در آون ‌قرار دهید و با درجه حرارت 5±110 درجه سانتیگراد آنرا خشک کنید.  درجه حرارت 110 درجه سانتیگراد از آنجایی انتخاب شده است که کمی از نقطه جوش آب بالاتر است.  <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-      ظرف و خاک را از آون خارج کنید و توسط یک ترازو، جرم ظرف و خاک خشک (Mdc) را اندازه بگیرید.  اکثر ترازوهای جدید نسبت به تغییرات حرارتی غیر حساس هستند، لذا ظرف و خاک خشک را می‌توان مستقیماً روی ترازو قرار داد.  چنانچه ترازوی مورد استفاده، به درجه حرارتحساس باشد قبل از قراردادن نمونه خاک در ترازو میتوان از یک دسیکاتور جهت رساندندمای خاک خشک به دمای اتاق استفاده نمود. <!--[endif]-->

ج ـ محاسبات

درصد رطوبت (w ) خاک به عنوان جرم آب موجود در خاک (Mw) تقسیم بر جرم خشک (Ms) تعریفشده و بر حسب "درصد" بیان می‌شود:

که در آن

Mw= جرم آب موجود در خاک                      Ms= جرم خاک خشک

Mc= جرم ظرف خالی                               Mwc= جرم ظرف بعلاوه خاک مرطوب

Mdc= جرم ظرف بعلاوه خاک خشک

مقدار درصد رطوبت خاک غالباً‌ بر حسب نزدیکترین 1/0 یا 1 درصد بیان می‏شود.  درصد رطوبت خاک می‌تواند بین 0 تا 1200 درصد متغیر باشد.  درصد رطوبت صفر بیانگر یک خاک خشک است.  نمونه‌ای از یک خاک خشک، شن یا ماسه تمیز در شرایط آب و هوایی بسیار گرم است.  خاکهای آلی بیشترین درصد رطوبت را دارند.

د ـ اشتباهات معمول

بر اساس Rollings and Rollings (1996) اشتباهات معمول آزمایشگاهی در مورد آزمایش درصد رطوبت بشرح زیر است:

<!--[if !supportLists]-->1-     استفاده از ترازوی کالیبره نشده یا بد کالیبره شده. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     از دست رفتن خاک بین توزین اولیه و ثانویه. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     از دست رفتن رطوبت نمونه قبل از توزین اولیه. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     اضافه شدن رطوبت به نمونه پس از خشک کردن و قبل از توزین ثانویه. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->5-     دمای نامناسب آون، نمونه خیلی کوچک یا وزن غلط ظرف. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->6-     خارج نمودن نمونه از آون قبل از دستیابی به وزن خشک ثابت. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->7-     توزین نمونه هنگامیکه هنوز داغ است (برای ترازوهای حساس به دما). <!--[endif]-->

اشتباه معمول دیگر لبریز کردن آون با نمونه‌های خاک است.  در چنین شرایطی جریان هوا محدود شده و احتمال اینکه نمونه‌ها بطور کامل خشک نشوند وجود دارد.

ه ـ جامدات محلول

بسیاری از خاکها حاوی جامدات محلول می‌باشند.  برای مثال در مورد خاکهای واقع در کف اقیانوس، آب بین ذرات جامد خاک احتمالاً‌ دارای همان غلظت نمک آب دریا خواهد بود.  مثال دیگر وجود کاتیونهای متمایل به سطوح ذرات رسی می‌باشد.  بهنگام خشک کردن خاک، این کانیها و یونهای محلول، جزیی از جرم جامدات (MS) می‌شوند.  درمورد اغلب خاکها این اثر، حداقل تغییرات را در درصد رطوبت ایجاد می‏کند.

و ـ اثرات دما

چنانکه قبلاً ذکرگردید، دمای استاندارد جهت خشک نمودن خاک 110 درجه سانتیگراد می‌باشد.  شکل شماره 1، درصد رطوبت خاکها را در دماهای مختلف نشان می‌دهد.  داده‌های آزمایش حاصل از پنج آزمایش مختلف در شکل 3-3 نمایش داده شده و ذیلاً هر یک بطور جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرند.

<!--[if !supportLists]-->1-     ماسه اوتاوا : درصد رطوبت این خاک حدوداً 24 درصد است. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     رس آبی بوستون : درصد رطوبت این خاک حدوداً 33 درصد است.  <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     رس لدا : درصد رطوبت این خاک بهنگام خشک نمودن در درجه حرارت درجه 110 سانتیگراد، 45 درصد می‌باشد و تحت حرارت 200 درجه سانتیگراد تا 46 درصد افزایش می‌یابد.  حساسیت این خاک تحت دمای آزمایش متجاوز از110 درجه سانتیگراد، به مقدار اندکی افزایش می‌یابد. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     رس مکزیکوسیتی : درصد رطوبت این خاک به دمای آزمایش خیلی حساس می‌باشد.  برای مثال، در دمای110 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 345 درصد می‌باشد.  در حالیکه تحت دمای190 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 380 درصد می‌باشد.  (1944) Rutledge خاطر نشان می‌سازد که رس مکزیکوسیتی دارای ساختار متخلخلی از کانیهای رسی، میکروفسیل‌ها و دیاتوم‌ها می‌باشد.  دیاتومها اساساً پوسته‌های توخالی سیلیسی هستند که حاوی آب می‌باشند.  بنابراین در دماهای بالاتر آب بیشتری از درون دیاتوم‌ها و میکروفسیل‌ها خارج می‌شود که منجر به درصد رطوبت بالاتری می‌شود.   <!--[endif]-->

خاک دیاتومه‌ای: درصد رطوبت این خاک نسبت به دمای آزمایش بسیار حساس می‌باشد.  برای مثال، تحت دمای110 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 620 درصد است درحالیکه در دمای 200 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 800 درصد می‌باشد.  خاکهای دیاتومه‌ای معمولاً‌ از پودر سیلیسی ریز و سفید که عمدتاً از دیاتوم‌ها و بقایای آنها بوجود آمده تشکیل گردیده‌اند.  چنانکه قبلاً ذکر گردید در دماهای بالاتر، آب بیشتری از درون دیاتوم‌ها خارج می‌شود که منجر به درصد رطوبت بالاتر می‌شود.