آزمايش تراكم خاك

آزمایش تراكم : عبارتست از كاهش دادن حجم خاك در اثر خارج ساختن هوا با استفاده از اعمال نیرو. كه در این حالت اصطكاك بین ذره ها بیشتر می شود و وزن واحد آن زیاد می گردد.و این وزن معیار تراكم خاك است. تراكم به منظور افزایش مقاومت نیروی برشی است و كاهش نفوذپذیری كه این به علت این است كه منافذ خاك كوچكتر می شود و در نتیجه عبور آب از این منافذ کمتر است.در خاكهای رسی یك مشكل وجود دارد و آن افزایش پتانسیل تورم. عوامل موثر در تراكم خاك بستگی دارد به : 1-نوع خاك 2- انرژی 3-رطوبت نحوه تراكم خاكها با توجه به مشخصات فیزیكی آن مختلف است. عبارتنداز تراكم خاكهای غیر چسبنده و تراكم خاكهای چسبنده. 1) تراكم خاكهای غیر چسبنده(شن و ماسه):خاكهای غیر چسبنده معمولا از ذرات درشت دانه و نسبتا كروی شكل تشكیل می شوند و درجه تركم آنها بستگی به طرز قرار گرفتن ذرات در كنار یكدیگر دارد. از آنحایی كه ذرات تقریبا غیر قابل تغییر شكل و تراكم ناپذیر هستند استفاده از ارتعاش و لرزه بهترین وسیله جهت متراكم كردن اینگونه خاكها می باشد. روشهای تراكم خاكهای درشت دانه نوع ماسه روش ایجاد تراكم ماسه خشك ارتعاش ماسه مرطوب استغراق+ارتعاش ماسه مستغرق ارتعاش 2) تراكم خاكهای چسبنده(سیلت و رس): به علت ساختمان ویژه ذرات ریز دانه چسبنده مثل سیلت ریز و رس تراكم آنها به وسیله ارتعاش مقدور نیست و بار یا فشار استاتیك بهترین وسیله برای تراكم این گونه خاكهاست. برای نشان دادن تراكم پذیری این گونه خاكها تحت فشار میتوان مقداری آب به توده ای از خاك میكا افزود و آنرا در یك لیوان قرار داد.چنانچه با یك استوانه فلزی مقداری فشار روی سطح خاك در لیوان وارد اید مشاهده خواهد شد كه سطح خاك نشست قابل ملاحظه ای نموده است یعنی تحت تاثیر فشار استاتیك متراكم شده است.با انرژی های مختلف میتوان تراكم های مختلف داشته باشیم.از طرفی برای تراكم كردن خاك میتوان رطوبت را نیز زیاد كرد. و برای این كه پروژه ای از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد باید مقدار رطوبت به حد اپتیمم باشد.آزمایشهای دیگر نیز برای تراكم وجود دارد كه اصولا به 8 روش انجام پذیر است. ولی ما برای تراكم از روشهای استاندارد و اصلاح شده استفاده میكنیم.روش كار در همه یكسان است ولی تفاوت در مقدار وزنه و دیگر مشخصات می باشد.در هنگام ساخت و اجرای بزرگراه ها و فرودگاهها و سازه ها دیگر متراكم كردن خاك یك امر ضروری جهت بهبود مقاومت خاك می باشد.پروكتور(1933) یك آزمایش تراكم آزمایشگاهی ابداع كرد تا به وسیله آن حداكثر وزن مخصوص خشك خاك كه برای تراكم در محل میتواند استفاده شود را تعیین كند این آزمایش به نام آزمایش تراكم پروكتور مشهور می باشد و در این بخش توضیح داده میشود. برای آزمایش پراكتور استاندارد یك استوانه وجود دارد كه یك وزنه داخل آن وجود دارد كه وزن آن 5/5 پوند می باشد كه از ارتفاع 1 فوت در اثر نیروی ثقل سقوط میكند. این آزمایش برای سه لایه انجام میشود برای هر لایه 25 ضربه اعمال میشود. حجم قالب حاوی برای این آزمایش برابر1/30 می باشد.كه مقدار انرژی آن برابر 25*1*5.5*3*30=12400 ib.ft/ft3 برای آزمایش اصلاح شده تعداد لایه ها 5 عدد بوده و ارتفاع سقوط برابر5/1 فوت و وزن آن برابر 10 پوند می باشد كه در این حالت انرژی آن برابر است با: 25*1.5*5*30=56200 ib.ft/ft3 وسایل انجام آزمایش : 1- قالب تراكم 2- الك شماره 4 3- چكش استاندارد پرو كتور و اصلاح شده 4- ترازو با دقت 01/0 گرم 5- استامبولی 6- جك 7- صفحه فلزی برای صاف كردن سطح قالب 8- oven 9- ظرف فلزی روش انجام آزمایش : 3 كیلو خاك را از الك شماره 4 رد می كنند. باید برای آزمایش استاندارد درصد رطوبت اولیه خاك باید بین 3% تا 5% باشد. بعد این مقدار خاك را درون استامبولی میریزنند. وزن قالب را به وسیله ترازوی 01/0گرم اندازه می گیرنند .مقداری خاك را در درون قالب ریخته و با 25 ضربه متراكم كرده و برای لایه سوم نیز این عمل را انجام می دهند. برای این كه خاك در قالب كاملا پر شده باشد باید مقدار خاك, كمی از ارتفاع قالب بیشتر باشد. بعد گردنی را جدا كرده و با استفاده از صفحه فلزی كاملا سطح خاك را صاف و كل مجموعه را با ترازو وزن می کنند و توسط جك قالب خاك را از داخل قالب بیرون آورده و مقداری از خاك را برای اندازه گیری وزن مخصوص خاك خشك در درون ظرف فلزی میریزنند و بعد آن را وزن كرده و در آون قرار می دهینند برای بار دوم به اندازه 2% وزن خاك آب به آن اضافه میكنیم(60سی سی). بعد از اضافه كردن آب باید خاك كاملا مخلوط شود تا رطوبت به طور كامل برای همه خاك یكسان باشد. این آزمایش را 5 بار تكرار میكنیم. بعد از تكرار سوم به بعد مشاهده میشود كه با وجود اعمال ضربه مقدار وزن مخصوص خاك خشك كاهش می یابد. این همان خاصیتی است كه برای خاكها وجود دارد كه میتوان با استفاده از رسم نمودار مربوطه رطوبت اپتیمم را بدست آورد. ما در تحلیل از روش دیگری نیز استفاده میكنیم كه آن روش اصلاح شده می باشد. طرز انجام این آزمایش نیز به طریق آزمایش استاندارد است. جدول زیر مربوط به این آزمایشهای می باشد. برای آزمایش اصلاح شده: شماره آزمایش 1 2 3 4 5 6 شماره ظرف 23 42 16 11 4 31 وزن ظرف 19.42 18.93 18.57 20.14 17.52 19.87 وزن ظرف+وزن خاك مرطوب 57.29 135.26 62.73 132.3 86.96 122.6 وزن ظرف+وزن خاك خشك 52.18 112.48 58.54 111.1 75.77 101.43 درصد رطوبت 15.60 24.35 10.48 23.24 19.21 25.96 این جدول برای بدست آوردن درصد رطوبت است كه با توجه به هر تكرار بدست می اید. حال می توان برای هر تكرار یك δd بدست آورد كه با استفاده از فرمول δd= δm / ( 1+ w )مقدار وزن مخصوص خاك خشك را بدست آورد. كه در آن درصد رطوبت است كه در جدول با بدست آمده است. در جدول صفحه بعد نیز این محاسبات در جدولی موجود می باشد. شماره آزمایش وزن قالب وزن قالب+وزن خاك وزن خاك مرطوب w2-w1) /943.89) درصد رطوبت وزن مخصوص خشك W1 W2 W2-w1 وزن مخصوص مرطوب w δd 1 4275 5900 1625 1.72 0.16 1.49 2 4275 6070 1795 1.90 0.24 1.53 3 4275 5825 1550 1.64 0.10 1.49 4 4275 6055 1780 1.89 0.23 1.53 5 4275 6030 1755 1.86 0.19 1.56 6 4275 6090 1815 1.92 0.26 1.53 برای آزمایش استاندارد(پروكتور): شماره آزمایش 1 2 3 4 5 شماره ظرف a b c d e وزن ظرف 10.57 12.53 10.21 20.67 20.58 وزن ظرف+وزن خاك مرطوب 61.2 55.41 60.09 80.74 104.7 وزن ظرف+وزن خاك خشك 56.57 49.88 52.08 70.17 88.59 درصد رطوبت 10.07 14.81 19.13 21.35 23.61 برای محاسبات جدول زیر را برای آزمایش پروكتور داریم: شماره آزمایش وزن قالب وزن قالب+وزن خاك وزن خاك مرطوب w2-w1) /943.89) درصد رطوبت وزن مخصوص خشك W1 W2 W2-w1 وزن مخصوص مرطوب w δd 1 4275 6060 1785 1.89 0.10 1.72 2 4275 6240 1965 2.08 0.15 1.90 3 4275 6291 2016 پ 0.19 1.76 4 4275 6260 1985 2.10 0.21 1.70 5 4275 6245 1970 2.09 0.24 1.60 برای آزمایش اصلاح شده منحنی تراكم به این شكل است: برای منحنی استاندارد اعداد به طور نامطلوب بوده است لذا از رسم آن در این جا خودداری می كنیم. میتوان برای صفر درصد هوا(ZAV) و همچنین منحنی 95% اشباع را رسم كرد. با توجه به نمودار میتوان مشاهده كرد كه نمودار صفر درصد هوا به هیچ وجه منحنی تراكم را قطع نمیكند. زیرا در هیچ شرایطی كل هوا نمیتوان از خاك خارج شود. اگر نمودار مربوط به روش استاندارد صحیح بود میتوانستیم كه آن منحنی زیر منحنی اصلاح شده قرار می گرفت . منابع خطا : برای این آزمایش می توان یكی از منابع خطا را یكنواخت نبودن رطوبت در خاك همچنین انداز گیری وزن موارد استفاده بیان كرد یا امكان دارد كه چكش از ارتقاع مورد نظر سقوط نكند كه نمودار تراكم كمی ناموزون شود.