مکانیک خاک

تعیین درصد وزنی رطوبت در خاک
هدف آزمایش : هدف از انجام این آزمایش به تعیین درصد وزنی رطوبت در خاک نسبت به دانه‌های خشک می‌باشد.
۱-    مقدمه : در اکثر ازمایش‌های مکانیک خاک لازم است درصد رطوبت خاک تعیین گردد این آزمایش برای تعیین درصد وزنی سنگ نیز به کار می‌رود در بسیاری از خاکها درصد طبیعی یکی از خواص فیزیکی مهم است که رفتار خاک در مقایسه با حدود برگ بیان می‌کند و بیشتر به صورت حجمی به کار می‌رود  در خاکهای ریزدانه پایداری و مقاومت خاک بستگی به درصد رطوبت آن دارد در این حالت رطوبت طبیعی خاک با نشانه‌های حد روانی و حد خمیری مقایسه می شود و در نتیجه حالت روانی و سختی خاک مشخص می‌شود باید توجه داشت که در مهندسی ژئوتکنیک رطوبت خاک آن قسمت  از آب آزاد است که فضای بین دانه‌ها را پر می‌کند.
۲-  رطوبت خاک بصورت درصد از وزن خشک آن بیان می‌شود و به صورت زیر تعریف می‌گردد.
 
۳- وسایل آزمایش:
الف- ظرف از جنس آلومینیوم یا حلبی باشد که در برابر زنگ زدگی مقاوم است.
ب: گرم‌خانه : برای خشک کردن خاک، دمای گرم خانه در حدود  5+110 درجه سانتی‌گراد تنظیم می‌گردد
ج- ترازو: ترازو با حساسیت ۰۱/۰ گرم
۴- روش تهیه نمونه‌ای برای آزمایش:
تعیین رطوبت خاک به روش ASTM بستگی به نحوه انتخاب نمونه و وزن آن دارد روشی که در ان نمونه گرفته می شود وزن مورد نیاز آن بستگی به کاربرد آزمایش نوع مصالح و روش نمونه‌گیری دارد در تمام حالات باید نمونه بطوری انتخاب شود که نماینده کل مصالح باشد اگر خاک از لایه‌هایی با جنس‌های مختلف تشکیل شده باشد باید یک نمونه متوسط از مصالح یا از هر قسمت یک نمونه مجزا گرفته می‌شود و یا اینکه به هر دو صورت نمونه‌برداری شده
۵- روش انجام آزمایش
۱- وزن ظرف خالی به همراه درب آن را اندازه می‌گیریم.
۲- نمونه خاک مرطوب را در ظرف مورد نظر قرار می‌دهیم . مطمئن می‌شویم که در پوش متعلق به همان ظرف باشد وزن ظرف به همراه خاک مرطوب را اندازه‌می‌گیریم.
۳- بعد از وزن کردن ظرف به همراه نمونه مرطوب، درپوش را بر می‌داریم و نمونه را بصورت ۲۴ ساعت در گرمخانه قرار می‌دهیم تا خشک شود زمان خشک شدن نمونه خاک نیز بستگی به نوع مصالح اندازه و ظرفیت گرمخانه دارد
تذکر: برای خشک کردن نمونه‌های بزرگ باید از سینی استفاده شود تا بتوان خاک را در سطح آن در یک لایه نازک پهن کرد و دانه‌های به هم چسبیده را نیز خرد نمود.
۴- هنگامی که نمونه کاملا خشک شد قوطی نمونه را از گرمخانه خارج کرده و سرپوش آن را گذاشته تامانع جذب رطوبت هوا متوسط نمونه گردد و پس از سردشدن قوطی محتوی نمونه را توزین کرده و یادداشت می‌کنیم
 
تعیین حد روانی و خمیری 
هدف آزمایش: تعیین درصد رطوبتی که اگر رطوبت خاک از آن بیشتر شود خاک بصورت روان درخواهد آمد .
وسایل لازم: ترازو – ظرف چینی یا سطح شیشه ای – کاردک – دستگاه کاساگرانه – قوطی رطوبت – اون
انجام ازمایش:
مواد بصورت       
روان    خمیری    نیمه جامد    جامد
           
       حد روانی    حد خمیری    حد انقباض   
LL          PL          SL           
 ابتدا ۵۰ گرم نمونه را که از الک شماره ۴ رد شده است را با مقداری آب مخلوط می‌کنیم تا خمیری شکل شود بعد با کاردک روی شیشه ورز می‌دهیم سپس آن را داخل دستگاه کاساگرانه می‌ریزیم تا ۴/۳ پیاله را پر کندبعد سطح آن را صاف کرده و با شیارکش داخل آن را از وسط شیار می‌دهیم و هنگامی که به اندازه ۷/۱۲ میلیمتر به هم چسبیدند تعدادضربات را می‌شمریم اگر ضربان از ۲۰-۱۵ ضربه کمتر شد یعنی خمیر شل است و اگر ۳۵ ضربه بیشتر باشد یعنی خمیر سفت شده است و باید به آن آب اضافه شود سپسی مقداری نمونه را برداشت و داخل دستگاه اون خشک می‌کنیم و وزن آن را می‌گیریم تا درصد رطوبت آن بدست آید.
 
دانه بندی خاک به وسیله الک
هدف: تعیین درصد وزنی دانه‌های مختلف خاک از نظر اندازه
وسایل آزمایش: ترازو ۱/۰ گرم – یک سری الک استاندارد – اون – نمونه
درصد رد شده از هر الک    درصد مانده زوی هر الک    مانده روی الک    شماره الک
           
           

اگر مانده روی هر الک را بر وزن کل تقسیم کنیم اگر عدد بدست آمده کمتر از ۲٪ باشد ازمایش ما مورد قبول است .

اندازه مأثر : قطر دانه افقی جدول می‌باشد که نفوذ پذیری آن با مصالح موجود یکسان باشد که با dc نمایش می‌دهد مثلا d10 یعنی اندازه مصالح ۱۰٪ آن از این کمتر باشد.
ضریب جنبدگی : در اصل ضریب جنبدگی منحنی بدست آمده می‌باشد.
در بتن‌ریزی‌ها مصالح ما هرچه غیر یکنواخت تر باشد بهتر است.

پس ۲۵ ضربه را ردی نمودار مشخص می‌کنیم که LL را به ما می‌دهد
(حد روانی)
 
تعیین حدخمیری
وسایل لازم : ترازو – ظرف چینی یا سطح شیشه‌ای – کاردک – دستگاه کاساگرانه – قوطی رطوبت – اون
انجام آزمایش: ابتدا ۲۰ گرم خاک رد شده از الک ۴ را انخاب می‌کنیم و به آن مقداری آب اضافه می‌کنیم سپس ۲/۱ نمونه را بصورت گلوله درآورده و سپس نمونه گلوله‌ای شکل را روی شیشه بصورت میله‌ای (قطر ۲/۳ میلیمتر) مالش می‌دهیم. بعد داخل اون قرار داده  و درصد طوبت آن را مشخص می‌کنیم.
اختلاف بین حد روانی و خمیری در دانه خمیری می‌گویند.
 PI=LL-PL= دامنه خمیری
حد روانی:
حد روانی با ۱۵ ضربه از کف ۱۳ میلیمتر به هم نزدیک شد.
قوطی خالی ۲۳/۵۶
وزن نمونه ۰۵/۳۳
ظرف و نمونه ۲۸/۸۹
با ۲۴ ضربه از کف ۱۳ میلیمتر به هم نزدیک شد.
قوطی خالی ۷۷/۵۳
وزن نمونه ۳۱/۳۲
ظرف و نمونه ۴۶/۸۵
با ۳۵ ضربه از کف ۱۳ به هم نزدیک شد.
قوطی خالی ۷۰/۵۴
وزن نمونه ۳۰/۲۴
ظرف و نمونه ۴۰/۷۸
حد خمیری:
قوطی خالی ۲۰/۱۹
وزن نمونه ۰۶/۲۲
ظرف و نمونه ۳۶/۳۵
قوطی خالی ۱۰/۲۱
وزن نمونه ۴۹/۲۳
ظرف  و نموه ۵۹/۴۴
تعیین ارزش ماسه‌ای (S.E)
 وسایل لازم ک استوانه مدرج (قطر ۴/۱ و ارتفاع ۱۷ اینچ) – کلول استوکس (۴۵۴ گرم کلر و کلسیم – 2050 گرم گلیسیرین ۴۷ گرم آلوئیدئوریک ) الک شماره ۴ پیمانه فلزی ،‌لوله فلزی +لوله رابط پلاستیکی – سمبه فلزی
شرح آزمایش :‌تعیین خاک از جهت خمیری تورم و غیره انجام می شود اگر S.E خاک به درصد کمتر از ۲۰ ود طبق قوانین اتنبرگ بدست آوریم و اگر بیشتر باشد از آزمایش ارزش ماسه‌ای استفاده می‌کنیم.
هرچقدر S.E بیشتر باشد ماسه و مواد چسبنده ماده زیاد است و میزان آب در حد خمیری تاثیر ندارد و بر عکس اگر کمتر از ۲۰ باشد از  جذب آب به حالت تورم دانه‌های زیر خاک است.
ابتدا مقدار را ۲۵۰ گرم رد شده از الک شماره ۴ انتخاب می‌کنیم و به روش عمل کوارتر دو قسمت رو به رویی را برای آمازیش بر می‌داریم بعد پیمانه ۸۵ سی سی را از این نمونه پر می‌:نیم در روی آن را صاف می‌کنیم داخل استوانه مدرج ابتدا ۴ اینچ کلول استوکس می‌ریزیم خاک داخل پیمانه را داخل استوانه مدرج می‌ریزیم به مدت ۱۰ دقیقه خوب خیس بخورد بعد از ۱۰ دقیقه درپوش استوانه را می‌بندیم و در مدت ۳۰-۹۰ حرکت رفت و برگشتی تکان می‌دهیم . استوانه را ردی میز قرار می‌ دهیم . بعد توسط لوله فلزی توسط لوله پلاستیکی به مخزن کلول استوکس وصل می‌کنیم شیر مخزن را باز می‌کنیم تا محل استوکس تا ارتفاع ۱۵ اینچ پر شود استوانه را به مدت ۲۰ دقیقه ثابت می‌گذاریم ابتدا دانه‌های درشت ته نشین می‌شود بعد دانه‌های زیر خاک و روی آن آب قرار می‌گرید بعد ارتفاع خاک و ماسه را از روی استوانه قرائت می‌کنیم سمبه فلزی با وزنه را داخل استوانه قرار می‌دهیم. در اینجا با ارتفاع ماسه را قرائت می‌کنیم.
 

تراکم معمولی (پرکتور)
نشردن دانه‌های خاک داخل هم و کاهش فضای خالی بین ذرات که با این عمل وزن مخصوص مصالح بالا می‌رود انرژی که صرف تراکم خواهد شد (حذف اصطکاک بین ذرات خاک) که اگر میزان آب در خاک کم باشد اصطکاک صرف اصطکاک دانه‌ها می‌شود.
هدف آزمایش: تعیین حداکثر وزن مخصوص خشک خاک و آب برای اپتیم.
وسایل لازم : قالب تراک به قطر ۴ اینچ و ارتفاع ۵۸۴/۴ اینچ به حجم ۳۰/۱ فوت .

ترازو ۱/۰ و ۰۱/۰ گرم – مزور – قوطی رطوبت – اون
الک شماره ۴- سینی – خط‌کش فلزی
شرح آزمایش :  3 کیلوگرم نمونه رشد شده از الک شماره ۴ و ۱۰٪ آب می زنیم داخل سینی کاملا مخلوط کرده و قالب تراکم را وزن کرده و حلقه بالایی را گذاشته و لخت می‌کنیم بعد مصالح را در سه لایه داخل قالب ریخته و هر لایه را با ۲۵ ضربه می‌کوبیم بطوریکه لایه سوم ۱ سانتیمتر از حلقه بالایی را بگیرد سپس مصالح اضافه را از روی قالب بوسیله خط کش برداشته وزن می‌کنیم سپس مقداری از مصالح فوق را داخل قوطی رطوبت می‌دهیم. داخل او ۲۴ ساعت می‌گذاریم سپس نمونه را وزن کرده و وزن مخصوص رطوبت را بدست می آوریم این ازمایش را ۵ دفعه تکرار می‌کنیم و در هر مرحله ۳٪ آب به آن اضافه می‌کنیم.
 
تعیین وزن مخصوص خاک در محل
وسایل لازم : دستگاه مخروط ماسه فلزی – ترازو- ظرف فلزی با درپوش – قوطی رطوبت – اون – چکش و قلم
شرح آزمایش: ابتدا باید درصد خاک نمونه در محل را یعنی بدست آوریم و وزن می‌کنیم ابتدا یک چاله در زمین ایجاد میکنیم و حجم چاله را به روش زیر بدست می‌اوریم.
ماسه استاندارد = رد شده از الک ۲۶ و مانده روی الک
وزن مخروط + ماسه داخل آنها
از اختلاف این دو وزن ماسه داخل چاله بدست می‌آید.
چاله‌ای به قطر ۱۰ تا ۱۵ سانتیمتر می‌کنیم و نمونه را داخل ظرف بسته‌ای می‌ریزیم تا رطوبت آن از بین نرود.

حجم طرف ماسه ۹۶۰
وزن مخروط و ماسه قبل از ریختن در ظرف ۸۸۵/۴
وزن مخروط ماسه بعد از ریختن در ظرف  360/3
وزن مخروط بعد از خاکی کردن ماسه آن داخل سینی ۰۸۵/۳
وزن خاک داخل چاله ۱۲۳۵
وزن مخروط بعد از ریختن داخل چاله ۳۷۴۰
وزن ظرف رطوبت + نمونه
وزن قوطی خالی ۲۴/۵۴
 
C.B.R
C.B.R یک خاک مقاومت جنسی خاک را نسبت به خاک استاندارد نشان می‌دهد که اگر این نسبت C.B.R مقدار زیر باشد .
نسبت مقدار فشار لازم جهت فرد بردن و نشست استاندارد در خاک مورد آزمایش  = C.B.R
نسبت مقدار فشار لازم جهت فرد بردن و نشست استاندارد در خاک مورد آزمایش

وسایل لازم دستگاه C.B.R – قالب تراکم C.B.R (قطر ۶ اینچ و ارتفاع ۷ اینچ) + حلقه بالایی – چکش تراکم – خطکش و کاردک – ترازو- وزنه‌های سربار – صفحه توپر به قطر ۶ اینچ و ارتفاع ۲ اینچ
شرح آزمایش : ابتدا ۵ کیلوگرم خاک رد شده از الک شماره ۴ را انتخاب می‌:نیم به این خاک آب ابتیم (۹٪) اضافه می‌کنیم. سپس قالب را برگرداننده و یک کاغذ صافی قرار می‌دهیم وزن سرباره ها باید معادل وزن روی خاک باشد که معمولا ۱۰ می باشد قالب تراکم را روی دستگاه C.B.R سوار می‌کنیم سپس اهرم را می‌چرخانیم تا سمبه از روی سوراخ رد شود و روی خاک شود بعد شروع به چرخاندن اهرم می‌کنیم به شکلی که در هر دقیقه ۵٪ سمبه داخل خاک نفوذ کند.

 
حد انقباض
وسایل لازم : ظرف چینی جهت هم زدن خاک و آب – ظرف چینی یا فلزی ته گود – لیوان یا استوانه – اون – جیوه – الک شماره ۴۰ – صفحه شیشه‌ای – صفحه‌شیشه‌ای چنگالدار
شرح آزمایش : خاک در حالت طبیعی بصورت زیر است.
روان    خمیری    نیمه جامد    جامد
           
       حد روانی    حد خمیری    حد انقباض   
LL          PL          SL           
حد انقباض حدی است که اگر رطوبت خاک از این درصد کمتر شود دیگر کاهش حجمی را نخواهیم داشت می‌دانیم که هرچه رطوبت خاک کاهش یابد حجم خاک نیز کاهش می‌یابد.

ابتدا ۳۰ گرم خاک رد شده از الک ۴۰ را انتخاب می‌کنیم تا به حد روانی برسد کاملا به هم می‌زنیم تا هوای داخل خاک خارج شود یک ظرف ته گرد برمی‌داریم و ته آن را گریس چرب می‌کنیم نمونه را در سه مرحله و هر مرحله چند ضربه می‌زنیم تا هوای داخل خاک را از بین برود بعد توسط خط‌کش صاف کرده نمونه را وزن می‌کنیم بعد حدود ۲۴ ساعت در هوای محیط خشک شود . بعد از ۲۴ ساعت داخل اون قرار می‌دهیم بعد دوباره وزن می‌کنیم برای تعیین درصد رطوبت خاک از فرمول استفاد ه می‌شود.
برای اینکه حجم ظرف را محاسبه کنیم داخل آن را جیوه می‌ریزیم و جیوه را داخل استوانه مدرج می‌ریزیم تا حجمش بدست می‌آید.
وزن مرطوب خاک
وزن خشک خاک
حجم ظرف
برای تعیین حجم ظرف کلوخه به همان روش بالا کار می‌کنیم نقطه روی ظرف را صفحه شیشه‌ای چنگالدار را می‌گذاریم.
نمونه با وزن مربوط ۴۳/۱۵۶
ظرف ۲۴/۱۲۸
نمونه خشک بعد از اون ۷۵/۱۴۷
وزن نمونه خشک ظرف ۵۴/۱۹
نمونه مرطوب ۱۹/۲۸
نمونه مرطوب با حجم ظرف ۸۰/۱۶
۷۰ = حجم نمونه خشک ۸۰/۱۱
دانه بندی مصالح ریزدانه به رو ش هیدرومتری
هدف آزمایش : تعیین درصد وزنی دانه‌های خاک ریزدانه از نظر اندازه
وسایل لازم : ترازو – بشر  500 سی سی – مزور قطر ۶۰ میلیمتر  – ارتفاع ۴۶۰ میلیمتر – حجم ۱۰۰۰۰ سی‌سی – دماسنج – کونومتر – نمونه ۵۰ گرم و بعد از ۲۰۰ سی سی
محلول جدا کننده (هگزا اتافسفات سدیم ۰۴/۰  – 125 سی‌سی – هیدرومتر (چگال سنج)
انجام آزمایش:
ابتدا ۵۰ گرم نمونه را از الک ۲۰۰ رد می‌کنیم سپس نمونه را داخل بشر ریخته بصورتیکه ذرات به یکدیگر هیچ نیروی وارد نکنند و کاملا جدا از هم باشد نمونه را یک ساعت داخل بشر قرار داده – داخل بشر را ۳/۲ آب مقطر قرار می‌دهیم سپس یک دقیقه هم می‌زنیم.
مزور: با آب مقطر حجم آن را به ۱۰۰۰ سی سی می‌رسانیم را به روی میز قرار می‌دهیم و دمای محلول را اندازه‌می‌گیریم و هیدرومتر را داخل آن قرار می‌دهیم.
W وزن آب
وزن قسمت جامد
۳/۲۹۸ = وزن قوطی + نمونه خشک = W
۸۲/۳۳۱ = وزن قوطی + نمونه مرطوب = W
۲۰/۵۶ = وزن قوطی = W
۵۲/۳۳=۳/۲۹۸-۸۲/۳۳۱ W=
۱/۲۴۲ = ۲۰/۵۶-۳/۲۹۸ W=
۱۳=۱۰۰×52/33= W
             1/242
یعنی ۱۳٪ از وزن کل این خاک را آب تشکیل داده است.

 

شماره کار
نوع نمونه : دست نخورده ۰
دست نخورده۰

شماره نمونه     شماره گمانه     عمق نمونه
نوع ازمایش    حد روانی    حد روانی    حد روانی    حد روانی    حد روانی    حد خمیری    حد خمیری
    15    24    35            6/3    6/1
    38    25    26            06/22    49/23
    28/89    46/85    40/78            8/22    2/23
    2/83    8/79    3/74            20/19    10/21
    23/56    77/53    70/54            26/0    29/0
    08/6    16/6    1/4            6/2    1/2
    97/21    03/26    06/19            10    80/13
    67/27٪    ٪۶۶/۲۳    0/020/91               
میانگین حد خمیری       8/24    9/11

 

شماره کار     شماره لایه:                         شماره نمونه
عمق نمونه     03/0    02/0        04/0    04/0
مقدار آب    100    60        120    120
وزن خاک مرطوب + قالب    237/6    312/6        544/6    455/6
وزن قالب    462/4    462/4        462/4    462/4
وزن خاک مرطوب    775/1    85/1        082/2    993/1
دانسیته تر     88/1    96/1        20/2    11/2

شماره قوطی    30    50        19    20
وزن خاک + قوطی    38/131    72/102        83/90    26/107
وزن خاک خشک + قوطی    15/129    34/100        79/85    60/98
وزن قوطی    10/571    38/47        27/35    07/34
وزن آب    23/2    38/2        04/5    53/64
وزن خاک خشک    05/72    04/53        52/50    53/64
درصد رطوبت    09/3    48/4        97/9    46/13
دانسیته خشک     81/1    87/1        2    84/1

 
آزمایش دانه‌بندی
شماره کار:             شماره نمونه :            محل پروژه:
تاریخ شماره :         وزن نمونه:
    درصد رد شده    درصد مانده    وزن مانده (گرم)    اندازه الک
                3  (76.1mm)
                  ½ 2   (64mm)
                2  (50.8mm)
                ½ 1   (38.1mm)
                1  (25.4mm)
                4/3  (19mm)
                2/1  (12.7mm)
                8/3  (9.51mm)
                4  (4.76mm)
                8  (2.38mm)
                16  (1.19mm)
                30  (0.595mm)
                50  (0.297mm)
                100  (0.149mm)
                200  (0.074mm)
                رد شده از الک ۲۰۰
            وزن کل نمونه