آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک

آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک نمونه‌ای دیگر از انواع آزمایش‌ بررسی خاک است که برای دسته‌بندی و شناخت رفتار خاک در شرایط مختلف انجام می‌شود. خاک‌ها را می‌توان بر اساس اندازه دانه‌های سازنده، جنس کانی‌های به‌وجود آورنده، مقاومت در برابر فشار و تنش و منشأ پیدایش و ایجاد به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد. درشت‌دانه و ریزدانه دو دسته‌بندی اساسی برای خاک‌ها بر اساس اندازه دانه‌ها است. درشت‌دانه‌ها خود به دو دسته شن و ماسه و ریزدانه‌ها به دو دسته لای و رس تقسیم می‌شوند. خواص مکانیکی مختلف خاک اعم از میزان نفوذپذیری و میزان مقاومت در برابر تنش، خمش، کشش و فشار تابع مستقیمی از جنس، شکل و اندازه دانه‌های سازنده خاک است. همچنین چگونگی توزیع دانه‌ها در کل خاک نیز بر خواص مکانیکی و ژئوتکنیکی آن تأثیرگذار است.

انواع روش‌های مدرن و ایمن پایدارسازی گود را از ما بخواهید.

اگر قصد استارت زدن پروژه عمرانی را در سر داریم، باید آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک را انجام دهیم. آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک، خاك‌های مختلف را به سه دسته خاك‌هاي درشت‌دانه (فاقدچسبندگي)، خاک‌های ريزدانه (چسبنده) و خاك‌هاي آلي تقسيم می‌کند. دانه‌هایی که اساس نام‌گذاری و طبقه‌بندی خاک‌ها را مشخص می‌کنند، مشخصات روشن و ثابتی دارند. دانه به ریزترین عضو از خاک گفته می‌شود که از می‌تواند از یک کانی یا کانی‌های مختلفی تشکیل شده باشد که در حضور آب یا فشار، از همدیگر جدا نمی‌شوند. آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک بر اساس استاندارد ASTMD422-63 انجام می‌شود. برای آشنایی بیشتر با آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک با ما همراه باشید.

روش‌های انجام آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک

آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک معمولاً به ۳ روش مختلف زیر انجام می‌شود:

• روش اول؛ آزمایش دانه بندی خاک با الک: این روش برای خاک‌هایی قابل استفاده هست که بیش از ۹۰ درصد از دانه‌های آن، بزرگ‌تر از الک شماره ۲۰۰ هستند. در مورد شماره الک‌ها در ادامه توضیحاتی داده خواهد شد.
• روش دوم؛ آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک: این روش برای خاک‌هایی قابل انجام است که بیش از ۹۰ درصد از دانه‌های آن، ریزتر از الک شماره ۲۰۰ است.
• روش سوم؛ آزمایش مخلوط: این روش برای خاک‌هایی کاربرد دارد که در هیچ کدام از دو دسته ذکرشده جای نمی‌گیرند. این روش، ترکیبی از آزمایش دانه بندی و هیدرومتری خاک است، به‌طوری که برای بخش ریزدانه خاک از آزمایش هیدرومتری و برای درشت‌دانه‌ها، از آزمایش دانه بندی خاک به روش الک استفاده می‌شود.

بیشتر بخوانید: میکروپایل چیست؟

کاربرد آزمایش دانه بندی خاک به روش الک

همان‌طور که اشاره شد، هدف از انجام آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک، دسته‌بندی خاک‌ها بر اساس اندازه، شکل و جنس دانه‌ها و کانی‌های سازنده خاک است، چرا که این اندازه و جنس دانه‌ها، خواص مکانیکی خاک را به‌صورت مستقیم تحت تأثیر قرار می‌دهند. کاربرد آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک به دست آوردن اندازه دانه‌های خاک و شناسایی گروه خاک، بر اساس جدول زیر است:

تجهیزات مورد نیاز برای آزمایش دانه بندی خاک به روش الک (روش اول)

برای انجام و شروع آزمایش دانه بندی خاک به روش الک، به ابزار و تجهیزات زیر نیاز پیدا خواهید کرد:

ترازو

برای انجام آزمایش دانه بندی خاک به روش الک به ترازوهایی نیاز دارید که دقت بسیار بالایی داشته باشند. دقت ترازوی مورد نیاز برای به دست آوردن نتایج دقیق از آزمایش دانه بندی خاک در خاک‌های ریزدانه، باید در محدوده ۰.۱ گرم یا ۰.۱ درصد مصالح مورد آزمایش باشد. از بین این دو مقدار، هرکدام که بزرگ‌تر است را انتخاب کنید. این محدوده برای ترازوی آزمایش مصالح درشت‌دانه باید در محدوده ۰.۵ گرم یا ۰.۱ درصد مصالح مورد آزمایش باشد. از بین این دو معیار، هرکدام که بزرگ‌تر باشد را انتخاب کنید.

بیشتر بخوانید: میخکوبی و یا نیلینگ چیست؟

الک

الک ابزار دیگری است که باید برای انجام این آزمایش در اختیار داشته باشید. الک‌ها را طوری روی هم سوار کنید که از هدر رفت مصالح هنگام الک کردن جلوگیری شود. این الک‌ها باید مشخصات ذکرشده در استاندارد جهانی ASTM E11 را داشته باشند.

الک‌های استانداردی که منطبق بر استاندارد ASTM E11 برای انجام آزمایش دانه بندی خاک به روش الک در نظر گرفته شده‌اند، به شرح جدول زیر هستند

لرزاننده مکانیکی الک (شِیکِر)

شیکرها برای ایجاد لرزه و ارتعاش افقی و عمودی به الک‌ها کاربرد دارند. بدون در اختیار داشتن این شیکرها، قادر به الک کردن دقیق و مؤثر دانه‌های خاک نخواهید بود.

کوره

کوره نیز دیگر ابزاری است که برای انجام دادن این آزمایش به روشالک کردن بدان نیاز پیدا خواهید کرد. این کوره باید بتواند دمای ۱۰۵ درجه سانتی‌گراد را به‌صورت یکنواخت ایجاد کرده و این دما را به مدت ۲۴ ساعت به‌صورت ثابت حفظ کند.

پس از جمع‌آوری ابزار و تجهیزات موردنیاز، برای انجام آزمایش به نمونه‌برداری از خاک نیاز خواهید داشت.

درباره انواع روش های بهسازی خاک اعم از میکروپایل و ریزشمع، تزریق با فشار بالا یا جت گروتینگ، تراکم دینامیکی بیشتر بدانید.

روش انجام آزمایش دانه بندی خاک به روش الک

نمونه آزمایش را در کوره قرار دهید تا وزن آن تثبیت شود. سپس الک‌ها را به ترتیب شماره روی هم قرار دهید و نمونه خاک را روی الک بالایی بریزید. سپس شیکر را به مجموعه الک‌ها متصل کنید و فرصت دهید دانه‌ها به‌خوبی روی الک‌ها بلرزند. وزن نمونه را طوری انتخاب کنید که منجر به تغییر شکل توری الک نشود.

الک کردن را تا زمانی ادامه دهید که به ازای هر دقیقه الک، کمتر از یک درصد وزن مصالح باقی‌مانده بر روی هر الک، از آن عبور نماید. در انتها، وزن مصالح باقی‌مانده بر روی هر الک، به‌کمک ترازو با دقت ۰.۱ درصد وزن نمونه خشک اولیه به دست می‌آید.

گزارش دانه‌بندی خاک شامل موارد زیر خواهد بود:

• درصد کل مصالح عبور کرده از هر الک
• درصد کل مصالح باقی‌مانده بر روی هر الک
• درصد مصالح باقی‌مانده بین الک‌های متوالی

آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک

آزمایش هیدرومتری برای دانه‌های ریزتر از ۷۵ میلی‌متر کاربرد دارد، دانه‌هایی که تفکیک آن‌ها با روش الک کردن ممکن نیست. این روش منحنی توزیع اندازه دانه‌های خاک را مورد بررسی قرار می‌دهد. برای تخمین هدایت هیدرولیکی خاک از روابط هایزن استفاده می‌شود.

تجهیزات موردنیاز برای انجام آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک به شرح زیر است:

• دستگاه مخلوط‌کن برقی
• هیدرومتر
• محلول جداکننده ذرات خاک از یکدیگر
• آب مقطر
• هگزامتافسفات سدیم
• دماسنج با دقت نیم درجه سانتی‌گراد
• استوانه رسوب‌گذاری (Sedimentation Cylinder) و استوانه شاهد
• زمان‌سنج (کرنومتر)
• الک استاندارد شماره ۱۰ به همراه سر الک و Pan

بیشتر بخوانید: انکراژ در پایدارسازی گود چیست؟

نحوه انجام آزمایش هیدرومتری مکانیک خاک بدین صورت است که ۵۰ گرم خاک الک‌شده توسط الک شماره ۱۰ را توسط ترازو با دقت ۰.۱ را توسط محلول جداکننده با غلظت ۴۰ گرم پودر هگزامتافسفات سدیم NaPO3 در ۱ لیتر آب مقطر محلول می‌کنیم. سپس ۱۲۵ سی‌سی از محلول جداکننده با ۵۰ گرم خاک نمونه را در داخل کاسه همزن به مدت ۵ تا ۱۰ دقیقه به کمک دستگاه مخلوط‌کن، هم می‌زنیم.

پس از این که حجم محلول با آب مقطر ۱۰۰۰ میلی‌لیتر شد، دمای محلول را حوالی دمای ۲۰ درجه تثبیت می‌کنیم. پس از تثبیت دما، با یک سرپوش پلاستیکی، استوانه به مدت ۱ دقیقه و حداقل ۵۰ بار سروته می‌شود. در انتها استوانه تثبیت‌شده و با استفاده از هیدرومتر، قرائت اول یادداشت می‌شود. قرائت‌های بعدی در زمان‌های ۰.۵ و ۱ و ۲ و ۳ و ۴ و ۵ و ۱۵ و ۳۰ و ۶۰ و ۲۵۰ و ۱۴۴۰ دقیقه انجام می‌شود.

سخن پایانی

در این مقاله با آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک آشنا شدیم. متوجه شدیم که خاک‌ها را می‌توان بر اساس اندازه دانه‌های سازنده، جنس کانی‌های به‌وجود آورنده، مقاومت در برابر فشار و تنش و منشأ پیدایش و ایجاد به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد. این فاکتورها در تعیین خواص مکانیکی خاک تأثیرگذاری بالایی دارند.