تعیین ضریب تصحیح مصالح سنگی

روش کار : ضریب تصحیح مصالح سنگی در نمونه ای که مخلوطی از مصالح ریز دانه و درشت دانه است این ضریب با اعمال فشار کالیبره شده بر روی نمونه ای از مخلوط مصالح ریزدانه و درشت دانه که روی آنرا آب گرفته و رطوبت آن را آب گرفته و رطوبت آن را با رطوبت واقعی در نمونه بتن تقریبا" یکسان است تعیین می گردد. مقدار نمونه مصالح سنگی : وزن مصالح ریزدانه و درشت دانه ی موجود در نمونه ی بتن تازه را که تعیین حجم هوا در آن مورد نظر است به صورت زیر معین کنید:

آماده کردن نمونه آزمایشی بتن

مطابق روشهای عملی شرح داده شده ASTM C172  نمونه ای از مخلوط بتن تازه تهیه کنید .اگر بتن دارای دانه های درشت تر از 2 اینچ (50 میلیمتر) است .مقدار کافی از نمونه موجود را مطابق ASTM C172  بوسیله شستن از روی الک 2/1 1 اینچ (5/37 میلیمتر) عبور دهید تا نهایتا" مقدار مصالحی بیش از آنچه برای پر کردن ظرف لازم است بدست آورده شود.عمل شستن نمونه بتن تازه از روی الک را با حداقل مقدار ممکنه توزیع ملات انجام دهید.

سعی نکنید ملات چسبیده به مصالح درشت دانه ی باقی مانده روی الک را برطرف کنید.

روش تعیین مقدار هوای بتن

ریختن و متراکم کردن نمونه

نمونه  بتن تهیه شده طبق قسمت (6) را در لایه های مساوی در ظرف اندازه گیری بریزید.هر لایه را به وسیله میله (2-1-7) یا از طریق لرزندان (3-1-7) متراکم نموده و لایه متراکم شده آخر را صاف کنید. برای بتنی که اسلامپ آن بیش از 3 اینچ (76 میلیمتر) است نباید از لرزاندن استفاده نمود.

میله زدن : بتن را در سه لایه با حجم تقریبا" مساوی در ظرف اندازه گیری بریزید و هر لایه را 25 ضربه ی تخماق که به طور یکنواخت روی تمام سطح بتن توزیع گردیده متراکم کنید .بعد از میله زدن هر لایه بوسیله چکش چوبی به طور ملایم 10 تا 15 بار به پهلوهای ظرف ضربه بزنید تا حبابهای هوا بوسیله میله زدن از ان خارج شوند و حبابهای بزرگ هوای محبوس شده آزاد گردند. لایه زیرین را به طوری که میله در تمام عمق آن نفوذ کند ولی شدت میله زدن نباید بنحوی باشد که میله به کف ظرف برخورد کند میله زدن دومین لایه و آخرین لایه باید طوری باشدکه میله فقط به عمق حدود 1 اینچ در لایه قبلی نفوذ کند.

آخرین لایه بتن را به صورتی در طرف بریزید که سر ریز نکند.

ویبراسیون : بتن را در دولایه با حجم تقریبا" مساوی در ظرف اندازه گیری بریزید. تمام بتن هر لایه را قبل از شروع ویبره در ظرف اندازه گیری بریزید.تمام بتن هرلایه را قبل از شروع ویبره در ظرف بریزید.هرلایه را با سه بار وارد کردن ویبراتور که به طور یکنواخت روی سطح توزیع گریده متراکم کنید.بتن آخرین لایه را به طوری در ظرف بریزید که سرریز نکند برای ویبراسیون لایه زیر دقت کنید که ویبراتوربا کف یا پهلوهای ظرف تماس پیدا نکند.درموقع بیرون کشیدن ویبراتور از نمونه توجه کنید که هیچ هوایی جایگزین نشود .باتوجه به نوع بتن ویبراتور و طرف اندازه گیری مدت زمان استانداردی را برای زمان ویبراسیون بیش از اندازه ممکن است سبب جدا شدن دانه ها و خروج هوایی که عملا" در بتن داخل گردیده است بشود.معمولا" ویبراسیون تا آنجا ادامه می یابد که سطح بتن نسبتا" نرم شده و لعابدار شود.هرگز نباید ویبره کردن را آنقدر ادامه داد که موجب خروج کف از بتن شود.

پرداخت کردن سطح بتن: بعد از متراکم کردن بتن سطح فوقانی آن را به وسیله یک میله و با یک حرکت برشی و عرضی صاف کنید. برای تراکم کامل بتن ظرف نباید حاوی بتن اضافی یا کسری باشد.بهترین حالت این است که در موقع صاف کردن سطح بتن تقریبا" اینچ از بتن برداشته شود.برای رفع کسری بتن می توان مقدار کمی بتن به نمونه اضافه کرد .در صورتی که در ظرف بتن اضافی وجود داردقبل از صاف کردن سطح آن بتن اضافی را بردارید.بکار بردن روش آزمایش :هر قسمت از دو روش آزمایش که به طورخاص به دستگاه نوع A  یا B مربوط نمی شود باید برای هر نوع دستگاه بکار برده شود.

روش ازمایش – دستگاه نوع A

آماده کردن وسایل – لبه ها و زه ظرف و درپوش آن را کاملا" تمیز کنید تا وقتی در آن بسته می شود کاملا" آب بندی گردد.دستگاه را سوار کنید و از طریق لولهآن را روی بتن اضافه کنید تا آب داخل لوله به نصف ارتفاعی که علامت گذاری شده برسد.دستگاه را 30 درجه از حالت قائم خارج کنید و به حالت مایل نگه دارید . با استفاده از کف طرف به عنوان یک محور دستگاه چند دورکامل بگردانیدو همزمان به در پوش ضربات آرامی بزنید تا همه حبابهای محبوس بالای نمونه بتن خارج شود .دستگاه را به حالت قائم برگردانیدو در حالی که به پهلوهای ظرف ضربات آرامی می زنید ستون آب را تا کمی بالاتر از علامت صفر پر کنیدقبل از بستن سوراخ بالای ستون آب تراز آب را به علامت صفر لوله ی مدرج برگردانید.

روش آزمایش – به کمک یک پمپ دستی کوچک فشاری کمی بیش از فشار مطلوب آزمایش (P) ( بیش از حدود 2/0 پوند بر اینچ به بتن اعمال کنید .برای از بین بردن مقاومت های موضعی به پهلوهای طرف ضرباتی بزنید و وقتی فشارسنج فشار واقعی آزمایش (P) را نشان می دهد سطح را قرائت نموده و با دقت کوچکترین تقسیمات روی لوله یا نصف این تقسیمات ثبت نمایید. برای مخلوط هایی که بسیار ناهنجار بوده و فضای خالی زیادی دارند.ممکن است لازم باشد

ضربات بیشتری به ظرف زده شود تا حجم هوایی که مشخص می شود تغییر نکند .بوسیله تهویه هوا از بالای ستون آب و زدن ضربات ملایم به مدت یک دقیقه به پهلوهای طرف بتدریج فشار هوا را آزاد کنید سطح تراز جدید آب را با دقت کوچکترین تقسیمات رود لوله یا نصف این تقسیمات ثبت کند.حجم ظاهری هوا را به صورت زیر بدست آورید.

آزمایش کنترل – مراحل شرح داده شده را بدون اضافه کردن آب برای رساندن تراز ان به علامت صفر تکرار کنید. دو مقدار متوالی تعیین شده برای حجم هوا باید با اختلاف کمتر از 2/0 درصد حجم هوا باهم مطابقت داشته باشد . مقدار اب که مطابق قسمت 9 برای محاسبه ی حجم هوا  به کار می رود از میانگین این دو مقدار بدست آورید.

4هرگاه حجم هوا از دامنه نمایش هواسنج دستگاه تجاور نکند . مقدار تقریبی فشار  که تحت آن حجم ظاهری هوا دو برابر مقداری است که از روی هواسنج قرائت می شود از رابطه زیر بدست می آید:

 روش آزمایش – دستگاه نوع B

آماده کردن وسایل – لبه ها یا زه ظرف و درپوش آن را کاملا" تمیز کنید تا وقتی در آن بسته می شود کاملا" آب بندی گردد. دستگاه را سوار کنید شیر هوای بین مخزن هوا و ظرف را ببندید و شیرهای هواگیری روی درپوش را باز کنید . با استفاده از یک سورنگ پلاستیکی آب را از یکی از شیرهای هواگیری به داخل ظرف تزریق کنید تا اینکه ازشیر هواگیری دیگر آب بیرون بزنید. به آرامی کنتور را تکان دهید تا همه هوا از این شیر هوا خارج گردد.

روش آزمایش – شیر هواگیری روی درپوش را ببندید و تا وقتی فشار مخزن روی خط فشار اولیه است به داخل آن هوا پمپ کنید. چند ثانیه صبر کنید تا اینکه دمای طبیعی برسد. با باز کردن پیچ هوا یا پمپاژ بیشتر هوا درجه فشارسنج را بر روی خط فشار اولیه تثبیت کنید.برای از بین بردن مقاومتهای موضعی در برابر ورود آب به بدنه ظرف ضرباتی بزنید. به آرامی به فشارسنج ضربه بزنید تا درجه فشار تثبیت شود و سپس درصد هوا را از روی عقربه فشارسنج قرائت کنید. قصور در بستن شیر هوای اصلی قبل از آزاد کردن فشار ظرف یا مخزن هوا سبب وارد شدن آب به درون ظرف هوا وارد گردد باید از طریق شیر هواگیری آن را خارج نمود. برای خارج کردن آخرین ذرات آب باید چندین مرتبه از پمپ استفاده کرد . قبل از برداشتن درپوش ظرف با باز کردن هر دو شیر فشار را تخلیه کنید.

آزمایش برش مستقیم

این ازمایش به منظور تعیین مقاومت برشی خاک ها در یک سطح گسیختگی از پیش تعیین شده انجام می شود

این آزمایش جهت تعیین زاویه ی اصطحکاک مقاومت برشی زهکشی نشده و خواص انقباضی و انبساطی خاک ها

استفاده می شود .این آزمایش می تواند در خاک های درشت دانه و نیز در خاک های ریزدانه انجام شود نتایج این

آزمایش قابل استفاده جهت تحلیل پایداری پی ها شیب های خاکی و دیوارهای نگهدارنده می باشند .مشکلات اصلی

این ازمایش عبارتند از : صفحه ی گسیختگی در طول یک صفحه ی از پیش تعیین شده تحمیل می شود .

وضعیت تنش در مرزهای عمودی مشخص نیست .در این آزمایش حالت اشباع کامل قابل بررسی و تأییدسازی نیست .

استهلاک اضافه فشار آب حفره ای مانیتور نمی شود .علیرغم این محدودیت ها آزمایش برش مستقیم بسیار محبوب

است زیرا از لحاظ اجرایی ساده می باشد و داده ها به راحتی تقلیل می یابند .

تجهیزات آزمایش

وسیله ی بارگذاری آزمایش برش مستقیم این وسیله می بایست شرایط زیر را فراهم سازد :

الف –اعمال نیروی قائم ثابت به سطوح افقی نمونه

ب-اعمال و اندازه گیری جابجایی هایی افقی نسبی و نیروی برشی در طول صفحه ی گسیختگی دلخواه در موازت سطوح نمونه

ج-اندازه گیری تغییرات در ارتفاع نمونه

د- مستغرق کردن نمونه خاک طی انجام آزمایش

ه- زهکشی نمونه ی خاک طی انجام آزمایش

جعبه برش مستقیم با سطح مقطع مربعی یا دایروی : جعبه ای که به مقطع یکسان در طول افقی تقسیم می شود و می بایست

از برنز آلومینیوم یا فولاد ساخته شود .جعبه می بایست امکان زهکشی آسان نمونه را به داخل و بیرون نمونه ی خاک فراهم آورد .

دو مقطع جعبه طی انجام برش مستقیم تهیه شده اند.

تغییر شکل سنج صفحه ایی قائم تغییر شکل سنج به همراه نیروسنج صفحه ای یا سلول بار جهت اندازه گیری نیروی برشی اعمال شده.

نمونه دست نخورده یا دست خورده ی خاک های ریزدانه یا خاک های درشت دانه بیشینه ی اندازه ی ذرات نمونه توسط اندازه ی جعبه برش کنترل می شود بیشینه ی اندازه ی دانه می بایست از 0.1 ابعاد سطح مقطع نمونه و یک ششم ارتفاع نمونه کوچک تر باشد. نمونه می بایست حداقل دارای 12 میلی متر باشد و نسبت وجه آن از 2 کمتر نباشد.

فرآیند آزمایش

سه ازمایش جهت سه نیروی قائم مختلف انجام خواهد شد.

130 گرم نمونه ی ماسه ی خشک شده با هوا را آماده نمایید.ابعاد داخلی D را در جعبه های برش دایروی یا طول L را در جعبه ی

برشی قوطی شکل را اندازه بگیرید. جرم سرپوش یا تاقان های توپی و قلاب بار را اندازه بگیرید

جعبه ی برش مستقیم را سرهم نمایید و آن را در دستگاه برش مستقیم قرار دهید.

ماسه را درون جعبه ی برش مستقیم طوری قرار دهید که سطح نمونه منطبق با دو نقطه ی علامت درون جعبه باشند .

جهت نمونه های سست مصالح را به شکل آهسته قرار دهید نمونه را جهت به دست آوردن نمونه های متراکم نمایید

سطح درون جعبه ی برش را هموار سازید . ارتفاع نمونه را اندازه بگیرید و وزن واحد نمونه را محاسبه نمایید . با فرض اینکه وزن

مخصوص  برابر 2.5 می باشد نسبت پوکی اولیه را محاسبه نمایید .

اندازه گیرهای صفحه ای را نصب نمایید و قرائت های اولیه ی آنها را یادداشت نمایید .کنترل نمایید که گیره یا هیچ چیز دیگری

درون جعبه ی برش باقی نمانده باشد.سرعت جابجایی را در 0.02 میلی متر بر دقیقه تنظیم نمایید.بار قائم N را وارد نمایید.

فرآیند بارگذاری را آغاز نمایید

قرائت های تغییر شکل سنج صفحه ای قائم و حلقه ی اندازه گیر می بایست جهت 0.02 میلی متر جابجایی افقی اندازه گیری

شوند.اگر از LVDT استفاده شود و سیستم کنترل کامپیوتری جهت پردازش داده ها در دسترس باشد. این قرائت می تواند به

صورت اتوماتیک انجام شود .برداشت قرائت ها را زمانی که قرائت های را زمانی که قرائت حلقه ی اندازه گیر ثابتی را جهت قرائت ها

را نشان می دهد یا بعد از اینکه قرائت کرنش افقی به 20 درصد رسید متوقف نمایید ازمایش را با نمونه ی دیگر جهت بار قائم بیشتر تکرار نمایید.

بعضی از نمونه های رس های بیش تحکیم یافته و ماسه ی متراکم ممکن است نقطه قطع برش  غیر صفر را نتیجه بدهند .

هر چند فهم این نکته مهم است که این پارامترمقاومت برشی جزو ویژگی های مصالح نیست بلکه اثر استفاده از مدل خطی

در تعریف خط گسیختگی نمونه می باشد درحالی که می دانیم که رفتار این خاک ها با خط مستقیم تطابق ندارد.

آزمایش برشی محدود نشده

روش آزمایش فشاری محدود نشده جهت تعیین مقاومت فشاری محدود نشده ی خاک های ریزدانه انجام می گیرد.

این آزمایش صرفا"جهت خاک های ریز دانه نظیر رس های اشباع و غیر اشباع یا خاک های سمنته شده ای که بدون

فشار محصور کننده دارای مقاومت برشی هستند قابل کاربرد است .

آزمایش ماسه های تمیز از طریق این روش امکان پذیر نیست . زیرا این نوع از خاک ها بدون اعمال فشار جانبی قادر

به حفظ شکل خود نیستند .کارایی این آزمایش در انجام سریع آن و تعیین مقاومت برشی زهکشی ریزدانه به طور

سریع می باشد .این آزمایش در انجام سریع آن و تعیین مقاومت رشی زهکشی نشده ی ریزدانه به طور سریع می باشد .

 مقاومت فشاری محدود نشده

جهت تعیین مقاومت فشاری محدود نشده تغییر شکل محوری با سرعت از پیش تعیین شده به نمونه اعمال می شود .

با افزایش نیروی تغییر شکل ها نیروی محوری در بازه های منظم از نغییر شکل ها اندازه گیری می شوند . وقتی یک

نمونه ی خاک گسیخته می شود نصف تنش در آن نقطه به عنوان مقاومت برشی زهکشی نشده تعیین می شود.

تجهیزات آزمایش

قاب فشار

کولیس

کرونومتر آنالوگ

ترازو با دقت 0.1 درصد

اجاق خشک کن قوطی حلبی

نمونه ی خاک

نمونه ی خاک دست خورده یا دست نخورده از خاک های ریزدانه در آزمایش فشاری محدود نشده آزمایش می شوند.

حداقل قطر نمونه می بایست 30 میلی متر باشد و نسبت ارتفاع به قطر می بایست بین 2 تا 2.5باشد . بیشینه ی

اندازه ی دذرات می بایست حداقل 10 برابر کوچکتر باشد .

فرآیند آزمایش

یک نمونه دست نخورده را به شکل مناسب درآورید و یا نمونه ی دست خورده را با میزان حجم و وزن واحد مورد

نیاز متراکم تحکیم نمایید.

جرم نمونه را یادداشت نمایید ارتفاع اولیه و قطر نمونه را اندازه بگیرید.نمونه را در قاب فشار محدود نشده قرار دهید

و صفحه ی فلزی بالایی را حرکت دهید و آن را نزدیک بالای نمونه ببرید.

قرائت اولیه ی LVDT  یا تغییر شکل سنج صفحه ای را بخوانید .

قرائت اولیه ی حلقه ی اندازه گیر یا سلول  بار را بخوانید .آزمایش را با اعمال نرخ ثابتی از کرنش شروع نمایید.

بعد از اعمال نیروی قائم بیشینه آزمایش را تا زمان رسیدن به کرنش برابر2 درصد ادامه دهید طرح صفحه ی گسیختگی

یا نمونه ی تغییر شکل یافته را رسم نمایید. نمونه را خارج کرده و میزان آب آن را تعیین نمایید.

تنش اصلی کوچگ در آزمایش فشاری محدود نشده برابر صفر می باشد یعنی شعاع دایره برابر   می باشد.

ارائه نتایج

نمودار کرنش محوری در مقابل تنش قائم رسم نمایید.

دایره ی مور را رسم کرده مقاومت برشی زهکشی نشده را مشخص نمایید.

مقاومت برشی زهکشی نشده را تعیین نمایید.

داده ها و محاسبات نمونه

دامنه ی مقادیر تعیین شده از مقاومت های برشی زهکشی نشده در رس ها از سرتاسر جهان طبق جدول ارائه

می گردد.به منظور تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده در خاک ها ارائه گردید.

آزمایش سه محوری

جهت ارزیابی مقاومت برشی رفتار تنش کرنشی پاسخ انبساطی و انقباظی و تولید فشار منفذی خاک ها در وضعیت

تقارن محوری تنش و شرایط زهکشی کنترل شده به کار می رود این آزمایش جهت خاک های خشک و اشباع قابل

استفاده است.

در آزمایش سه محوری یک نمونه ی استوانه ای یک غشا لاستیکی پوشانده شده و در یک محفظه ی محدود شده تحت

فشار قرار میگیرد و سپس در جهت محور اضلی بارگذاری می شود تا اینکه نمونه ی خاک گسیخته شود. طی فرایند این

آزمایش چندین پارامتر اندازه گیری می شوند که شامل فاینینگ نیروی فشاری تغییر شکل محوری فشار منفذی تولید

شده و تغییرات حجم نمنه های مشابه در فشارهای جانبی مختلف انجام شده و سپس نتایج جهت رسم دایر ه های مور

هر یک از نمونه ها در لحظه ی  گسیختگی و نهایتا" تعیین پارامترهای گسیختگی برشی خاک شامل موارد زیر به کار می روند.

عمدتا" سه نوع مختلف جهت آزمایش سه محوری وجود دارند که شامل:

 آزمایش تحکیم زهکشی نشده UU

آزمایش تحکیم یافته ی زهکشی نشده CU

آزمایش تحکیم یافته ی زهکشی CD

تفاوت میان تمام این ازمایش ها شرایط زهکشی نمونه می باشدو به نمونه ی خاک اشباع اشاره دارند . طبق شرایط آزمایش پارامترهای مختلفی اندازه گیری می شوند :

الف – در شرایط تحکیم نیافته زهکشی نشده فشار منفذی اندازه گیری می شود .

ب – در آزمایش تحکیم یافته ی زهکشی شده تغییرات حجم نمونه مانیتور می شود.

در ازمایش های UU نمونه ی اشباع تحت فشار محصور کننده قرار گرفته و سپس تا زمانی که نمونه گسیخته شود تحت برش قرار

می گیرد این فرآیند بدون اینکه امکان ورود و خروج آب به نمونه وجود داشته باشد انجام می شود .

آزمایش های سه محوری معمولپارامترهای متفاوت برشی با رسم  یک خط مستقیم مماس بر دایره های مور مربوط به هریک از نمونه ها به دست می آید .

توجه داشته باشید که قطع برش مربوط به خواص مصالح نمی باشد. بلکه این پارامتر به این دلیل تولید می شود که منحنی غیر

خطی گسیختگی با یک خط صاف تخمین زده می شود .

طی ازمایش حجم نمونه ثابت است و فشار اب حفره ای تولید می شود . این آزمایش در زمان کوتاهی صورت می گیرند و به عنوان

آزمایش های سریع شناخته می شوند. این نوع از آزمایش های سریع شناخته می شوند این نوع از آزمایش ها رفتار خاک را در شرایط بارگذاری سریع نظیر بارگذاری یک سیلو بعداز پر کردن ان با غلات بررسی می کند .

در مورد ازمایش CU نمونه ی اشباع تحت فشار محصور شدگی قرار دارد با این تفاوت که به نمونه اجازه داده می شود تحکیم یابد بعد از اینکه فرایند تحکیم به پایان رسید شیر بسته شده و فرآیند اعمال برش تحت شرایط زهکشی نشده تا زمان گسیختگی برش ادامه می یابد دلیل اینکه مسیر زهکشی بسته است فشار آب منفذی افزایش می یابد با توجه به اینکه فرآیند تحکیم ممکن است در مدت

زمان بیشتری انجام شود لذا آزمایش نسبت به آزمایش UU مدت پیشتری به طول می انجامد آزمایش ها ی CU رفتار خاک ها را جهت بازه های طولانی ساخت که با یک بارگذاری سریع دنبال می شود نشانمی دهند به عنوان مثال می توان به رفتار مربوط به ساختمان خاکریز یک جاده که بار کامیون های سنگین را حمل می کند اشاره کرد .در آزمایش های CD نمونه خاک امکان زهکشی را بعد از فرایند تحکیم به دست می اورد فشار محصور شدگی طی هردو فرآیند تحکیم و اعمال نیروی انحرافی و زهکشی سازه وجود دارد . اگر امکان زهکشی  جهت خاک میسر نباشد فشار آب منفذی در نمونه افزایش می یابد . اشباع بودن نمونه می تواند با کنترل پارامتر فشار اب منفذی اسکمپتون تعیین شود. اگر نمونه اشباع باشد B تقریبا" برابر 1 خواهد بود اگر نمونه امکان زهکشی داشته باشد اضافه فشار آب منفذی می تواند مستهلک شود در این آزمایش نمونه به راحتی تغییر شکل می یابد و هیچ فشار آب حفره ای تولید نمی شود در نمونه های اشباع طی فاز تحکیم تغییر در حجم نمونه می تواند از طریق اندازه گیری حجم آب منفذی زهکشی شده از نمونه تعیین شود این نوع از آزمایش ها رفتار خاک ها را تحت سرعت های پایین بارگذاری ماسه های درشت دانه طی فرایند ساخت می باشد.

تجهیزات

1-سلول سه محوری

2-قاب بارگذاری

3-پنل کنترل فشار

سلول سه محوری مهمترین جزء وسایل آزمایش است  یک محفطه ی محکم و عایق فشار به همراه پیستونی که امکان اعمال نیروی محوری را فراهم می آورد را دربر میگیرد . سلول معمولا" شفاف است طوری که تغییر شکل نمونه طی فرایند ازمایش قابل مشاهده است همچنین سلول  معمولا" شفاف است طوری که تغییر شکل نمونه طی فرآیند آزمایش قابل مشاهده است .همچنین سلول دارای سه اتصال دریچه ایی می باشد هر دریچه با یک شیر کنترل می شود یک دریچه جهت پرکردن آب درون سلول و اعمال فشار محصور کننده به تمام اطراف نمونه به کار می رود دو دریچه ی دیگر به بالا و پایین نمونه متصل هستند و جهت زهکشی و اعمال پس فشار یا اندازه گیری فشار آب حفره ای به کار می روند دریچه هایی که به بالا و پایین نمونه وصل هستند نه تنها طی فرآیند انجام آزمایش مفید هستند بلکه طی فرآیند اماده سازی نموه نیز به کار می آیند جهت نگه داشتن نمونه ی ماسه یا اعمال گرادیان هیدرولیکی جهت اشباع ساختن خاک یا اندازه گیری هدایت هیدرولیکی خاک از اعمال خلاء استفاده می شود

از پس فشار به آب منفذی به منظور حل کردن حباب های هوا و رسیدن به اشباع کامل استفاده شود.

دومین جز اصلی تجهیزات آزمایش قاب بارگذاری می باشد . این قاب یک صفحه ی بارگذاری و لوله انتهایی می باشد که می تواند جهت جای دادن سلول های سه محوری با اندازه های مختلف استفاده شوند سلول محوری روی یک صفحه ی فلزی قرار داده می شود که می تواند به سمت بالا یا پایین حرکت کند و حرکت آن می تواند توسط موتور الکتریکی یا به شکل دستی صورت پذیرد سرعت حرکت صفحه ی فلزی می تواند متغیر باشد و با استفاده از ترکیبات مختلف از دنده ها کنترل شود وقتی صفحه ی فلزی بالا می رود پیستون در بالای سلول سمت پایین رانده می شود و این عمل باعث اعمال نیروی محوری به بالای نمونه می شود . بزرگی بار اعمالی با برداشت قرائت های صفحه ی مدرج در حلقه ی اندازه گیر کالیبره شده یا به سلول بارگذاری کالیبره شده تعیین می شود . تغییر شکل محوری نمونه با قرائت های تغییر شکل سنج صفحه ای یا یک LVDT  اندازه گیری می شود .

سومین جزء اصلی پنل کنترل فشار می باشد . پنل به یک منبع آب و نیز به یک خط فشار هوا متصل است . هر یک از سه بخش قائم در سمت راست پنل به یک دریچه که روی سلول سه محوری قرار دارند متصل هستند . فشار به هریک از این خروجی ها یا دریچه ها از طریق یک رگولاتور که در بالای پنل قرار دارد کنترل می شود و فشار با یک نمایشگر عددی مانیتور با کنترل می شود.

مجموعه ای از شیرهای سه راهی کهیر رگولاتور قرار دارند سه انتخاب مختلف مستقیما" زیر رگولاتور قرار دارند . سه انتخاب مختلف را جهت باز کردن دریچه به فشار اتمسفر اعمال خلاء یا اعمال فشار فراهم می کنند . دستگاه شامل یک پیپت حلقوی میباشد که زیر دریچه سه راهی واقع شده است پیپت اندازه گیری تغییرات حجمی که طی فرآیندهای زهکشی در نمونه اتفاق   می افتد به کار می رود . دریچه های دوراهی که بلافاصله در زیر قرار دارند جهت انتخاب هر یک کانالی را کنترل می کنند یک دریچه سه راهی وجود دارد که امکان متصل کردن جریان آب به درون خط با تهویه ی آن را به اتمسفر بدون حرکت از درون سیستم اندازه گیری تغییرات حجم فراهم می کند شیر انتهایی امکان اتصال خطی که از سلول وارد می شود به پنل را فراهم می کند.

فیتینگ قطع اتصال سزیع در کف پنل سیستم لوله کشی را به دریچه های سیستم سلول سه محوری متصل می کند اتصالات بین پنل و سلول سه محوری از فیتینگ های قطع اتصال سریع عیور می کنند و در Base پنل واقع شده اند .

به طور خلاصه سه جز اصلی وجود دارد. سلول با سه دریچه ی فشار و پیستون محوری قاب بارگذاری که سرعت ثابت را فراهم می آورد و نهایتا" پنل کنترل که امکان اعمال فشار به نمونه و نیز مانیتورینگ تغییرات فشار و حجم در هر یک از سه اتصال سلول را فراهم می آورد.

فرآیند آزمایش

نمونه خاک رسی به دلیل اینکه نمونه ی رسی محدود نشده شکل خود را با اعمال فشار منفذی منفی حفظ می کنند می توانند به راحتی اندازه ی دلخواه درآورده شوند نمونه در بالای یک سنگ متخلخل و کاغذ صافی قرار داده می شود سپس نمونه در یک غشای لاستیکی لاغر در برگرفته می شود .

قطر غشاء اندکی کوچکتر از قطر نمونه می باشد بنا به جهت از یک کشنده ی غشاء مورد استفاده قرار می گیرد . غشاء نمونه را از سیال موجود در سلول جدا کرده و امکان اعمال فشار به نمونه در تمام جهات را فراهم می سازد. غشاء روی نمونه . نیز روی صفحه ی فلزی قابلیت لغزش دارد .سپس واشرهای حلقوی جهت آب بند کردن غشاء و ثابت کردن آن در جای خود روی نمونه قرار داده شده و غشاء به سمت سرپوش بالایی غلتانده می شود . یک لوله از نوع حلقوی شکاف دار واشر حلقوی به سرپوش بالایی چفت میشود تا غشاء آب بند شده و در جای خود ثابت شود.

نمونه خاک ماسه ایی

فرآیند آماده سازی نمونه های دانه ایی که پیوند بین دانه های آنها  سست می باشد. اندکی با فرآیند آماده سازی رس ها متفاوت است در ابتدا وزن نمونه تعیین می شود سپس یک قالب شکاف دار جهت شکل دادن به نمونه طی فرآیند آماده سازی استفاده می شود غشاء در جای خود قرار گرفته و با استفاده می شود یک سنگ متخلخل روی صفحه ی فلزی پایینی روی غشاء قرار میگیرد ماسه از طریق قیف وارد قالب می شود . جهت در کنار هم نگهداشتن سه قطعه استفاده می شود . یک سنگ متخلخل روی صفحه ی فلزی پایینی روی غشاء قرار می گیرد سپس قالب با ماسه پر می شود جهت اینکه شرایط سست جهت نمونه شکل گیرد ماسه از طریق قیف وارد قالب می شود . جهت تولید نمونه هایی متراکم می توان میله زنی به ماسه ی مرطوب استفاده کرد .

سنگ متخلخل و سرپوش  بالایی در جای خود قرار می گیرد و غشاء محکم به سرپوش بالایی متصل می شود . نهاایتا" قالب شکاف دار هم زمان با اعمال میزان اندگی خلاء که وظیفه ی آن حفظ انسجام نمونه است پیاده می شود . این خلا تا زمانی که فشار سلول اعمال شود حفظ می شود .

جهت هر آزمایش خاص وزن نمونه و قطر ارتفاع نمونه ثبت و نگهداری می شوند ارتفاع می بایست در دو سه نقطه که از لحاظ موقعیت قطری مقابل هم قرار دارند اندازه گیری شوند. همچنین قطر در چندین موقعیت مختلف با کولیس وارنیر اندازه گیری می شود و سپس متوسط گیری  شده و جهت لحاظ ضخامت غشاء تصحیح می شود وقتی اندازه گیری های اولیه تکمیل شد سلول جایگزین شده پیچ می شود و پر از آب می گردد سپس فشار به آب اعمال می شود و خلاء که به نمونه وارد شده بود آزاد می شود آزمایش می بایست با پیروی از مسیر تنشی که با دقت زیاد تاریخچه ی تنش محصور شدگی است که در ادامه بار انحرافی به آن آفزود ه می شود . نشانگرهای مدرج استفاده شده جهت مانیتورینگ نیرو و تغییر شکل ها صفر می شوند . شیرهای متصل به بالا و پایین نمونه جهت آزمایش زهکشی نشده بسته نگاه داشته می شوند . در ساده ترین نمونه صرفا" نشانگر مدرج نیرو و تغییر شکل در گام های از پیش تعیین شدهقرائت می شوند. در آزمایش های با جزئیاات  بیشتر علاوه بر موارد قبلی تغییرات حجم به طوری که در پنل کنترل نشان داده شده است توسط پیپت ها و نیز تغییرات در فشار آب حفره ای مانیتور می شوند.

مانیتورینگ

سیستم های آزمایش سه محوری می توانند با وسایل الکتریکی تجهیز شوند سیستم ها نیرو توسط یک آشکار ساز نیرو یا سلول بار مانیتور می شود این آشکارسازها داخل محفظه قرار داده می شوند تا اثر اصطحکاک از بین برود جهت ایجاد ارتباط بین نیرو کرنش همراه با این اشکار سازها از  کرنش سنج ها نیز استفاده می شود .

LVDT جهت مانیتور کردن تغییر شکل ها استفاده می شود این وسیله جایگزین نشانگر صفحه ایی استفاده شده جهت اندازه گیری تغییر شکل ها می شود و در واقع مبدلی است که از دو کویل خارجی و یک هسته ی مرکزی ساخته شده است تغییر در موقعیت هسته نسبت به موقعیت هسته نسبت به موقعیت کویل ها یک اختلاف ولتاز ایجاد می کند که جهت اندازه گیری تغییر شکل ها کالیبره می شود.

سه آشکارساز فشار در کف سلول آزمایش سوار می شوند تا فشار محصور شدگی و فشار آب منفذی در نمونه را مانیتور کنند آشکار ساز فشار از یک کرنش سنج جهت اندازه گیری کرنش در یک دیافراگم فلزی به عنوان نتیجه ی فشاری که روی آن عمل می کند استفاده می کنند .

تمام این آشکارسازها با یک ولت متر دیجیتالی قرائت می شوند همچنین به طریق دیگر یکمبدل آالوگ به دیجیتال می تواند جهت اندازه گیری ولتاژها به کار گرفته می شود و از کامپیوتر جهت گردآوری و پردازش داده ها استفاده شود

 تحکیم خاک

آزمایش تحکیم

در یک دستگاه که دستگاه تحکیم یا ادومتر خوانده می شود انجام میگیرد . در این آزمایش نمونه و دیگری در پایین نمونه

قرار می گیرند . نسبت قطر به ارتفاع نمونه معمولا" بزرگتر از 2.5 می باشد .نمونه معمولا زیر آب نگه داشته می شود تا

حالت اشباع خود را حفظ کند . باری از طریق یک بازوی اهرمی به نمونه اعمال می شود و یک تغییر شکل سنج صفحه ای

یا مبدل جابجایی متغییر خطی جابجایی قائم اندازه گیری می کند .پارامترها به شرح زیر می باشد.

نسبت پوکی اولیه

شاخص تراکم   

شاخص بازتراکم

شاخص تورم

فشار پیش تحکیمی  بر حسب کیلو پسکال

ضریب تحکیم  بر حسب متر مکعب بر ثانیه

هدایت هیدرولیکی K بر حسب متر بر ثانیه

این پارامترها در طراحی مهندسی جهت ارزیابی میزان نشست پی و سازه های  خاکی به منظور تخمین ضریب ایمنی پایداری

خاکریزها طی بازه ی زمانی ساخت و بعذد از آن و نیز محاسبات اثر تراوش در رفتار کلی سازه های خاکی مورد استفاده قرار می گیرند .

تجهیزات آزمایش

1-دستگاه بار گذاری تحکیم

2-سلول تحکیم قطر 50 میلی متر و ارتفاع حداقل 12 میلی متر

3-نشانگر تغییرشکل صفحه ایی

4-سنگ های متخلخل کاغذ صافی

5-زمان سنج

6-ترازوبا دقت 0.1 گرم

7-اجاق خشک کن و قوطی های عایق رطوبت

فرآیند

قطر حلقه ی ادومتر  جرم حلقه  ارتفاع حلقه  را اندازه بگیرید . ارتفاع حلقه بر ارتفاع اولیه نمونه  منطبق است .

خاک را جهت قرار دادن درون حلقه شکل دهید توجه داشته باشید که شما می توانید دو نوع متفاوت از نمونه را داشته باشید

نمونه ی دست نخورده یا دست خورده .کیفیت نتایج به این بستگی دارد که نمونه های دست نخورده با چه دقتی به دست آمده

است . پس انتقال یافته و آماده سازی شده و در حلقه ی ادومتر قرار داده می شوند . هنگام کار کردن با نمونه ی خاک دست

نخورده جهت اجتناب از ایجاد خطا در نتایج آزمایش می بایست دقت خیلی زیادی به خرج داد.

جرم نمونه ی خاک به علاوه ی حلقه  را تعیین و یادداشت نمایید.

کاغذ های صافی و سنگ های متخلخل را در طرفین نمونه ی خاک قرار دهید و بازوی اهرم را تراز کرده و تغییر شکل سنج صفحه اس

را روی صفر تنطیم نمایید. وزنه ها را سر هم نمایید جهت نمونه از گام های بار گذاری زیر جهت بارها استفاده نمایید.

الف – بارگذاری 5 نیوتن  - 10 نیوتن – 20 نیوتن – 40 نیوتن

ب – باربرداری 20 نیوتن – 10 نیوتن – 5 نیوتن

ج- بارگذاری مجدد 10 نیوتن – 20 نیوتن – 40 نیوتن – 80 نیوتن – 16 نیوتن

توجه نمایید که بار واقعی اعمال شده به نمونه ی خاک برابر وزن ضرب در نسبت بازوی نیرو می باشد . مقدار وزن را در 10 ضرب نمایید تا مقدار نیروی واقعی که بر نمونه اعمال می شود را به دست آورید توجه داشته باشید که این مقدار برابر تنش قائم نیست .جهت به دست آوردن تنش قائم لازم است نیرو را بر مساحت سطح مقطع نمونه تقسیم نمایید . اولین نیروی تجویز شده را به قلاب دستگاه تحکیم اضافه نمایید قرائت صفحه ی مدرج تغییر شکل  سنج را در بازه های زمانی متوالی ثبت نمایید .

اگر سیستم های پردازش کامپیوتری داده ها موجود باشند الگوی قرائت می تواند یا برنامه کامپیوتری تنظیم شود و سرعت نمونه گیری می تواند با تلاش کمتری افزایش یابد با پیروی از ترتیب بارگدذاری و بارداری بگذارید تا نمونه جهت 24 ساعت متورم شود. تغییرنهایی ارتفاع نمونه را قرائت نمایید.حلقه را از سلول خارج نمایید و همچنین آب مازاد را از سلول تخلیه نمایید جرم حلقه به علاوه نمونه را تعیین نمایید.

حلقه و نمونه را در یک اجاق بگذارید جرم حلقه و نمونه ی خاک خشک را اندازه بگیرید.که در این رابطه   بیشترین طول مسیر زهکشی می باشد و n مسیرهای زهکشی می باشد که برابر 1 یا 2 می باشد و H برابر ارتفاع اولیه نمونه در شروع سیکل بارگذاری منهای قرائت تغییرشکل سنج صفحه ایی در تحکیم 50 در صد می باشد.

روش ریشه ی دوم زمان جهت تعیین ضریب تحکیم نمودار قرائت تغییر شکل سنج صفحه ای یا LVDT را در مقابل ریشه ی دوم زمان رسم نمایید.یک مماس را بر ناحیه مستقیم منحنی رسم نمایید نقاط برخورد این مماس با محورهای X و Y به ترتیب ونقطه ی P تعریف می  شوند. فاصله ی بین مبدا و نقطه ی P را اندازه بگیرید و این فاصله را در 1.15 ضرب نمایید نتیجه را روی منحنیX علامت زده و آن را  Q بنامید.

یک خط مستقیم بین نقطه ی و Q رسم نمایید . نقطه ی که در این خط را در قسمت پایین منحنی تحکیم قطع می کند منطبق بر تحکیم 90 درصد می باشد و تعریف می شود .ضریب تحکیم را که منطبق بر این چرخه ی بارگذاری است معمولا" روش ریشه ی دوم زمان نسبت به روش لگاریتم زمانی مقادیر بالاتری را جهت ضریب تحکیم نتیجه می دهد.

منحنی فشردگی

تعیین تنش پیش تحکیمی با استفاده از روش کاساگرانده روی منحنی نقطه ای را که منحنی دارای بیشترین انحناء می باشد تعیین کرده و آن را P بنامید .از نقطه ی  P یک خط افقی و یک مماس خارج نمایید.نیمساز زاویه ی ایجاد شده توسط دو خط رسم شده در مرحله ی قبل را رسم نمایید یک مماس بر خط بکر وصل نمایید.

نقطه ی برخورد مماس بر خط بکر و نیمساز مقدار تنش پیش تحکیمی را مشخص می کند تنش تحکیمی را از روی منحنی قرائت نمایید.با تعیین تنش پیش تحکیم یافتگی از رابطه ی زیر بدست می آید.

اساسا" تمام نمونه های خاک هنگام آزمایش در آزمایشگاه دست نخورده هستند . اصلاح جهت رس های تحکیم یافته ی عادی نقطه را تعیین نمایید به طوری که  تنش موثر قائم در جای خاک و  نسبت پوکی اولیه نمونه می باشد.

1-نقطه ی   را بیابید به طوری که  تنش موثر قائم و  پوکی اولیه نمونه می باشد.

2-خطی به موزات  خط تورم  از نقطه ی   تا تنش منطبق بر تنش پیش  تحکیمی رسم نمایید این خط خط  بارگذاری مجدد اصلاح شده میدانی می باشد.

3-نهایتا" نقطه ای  را که بر 0.4   منطبق است متصل نمایید از 0.4 جهت منطبق سازی منحنی فشردگی با خط جدید خط بکر اصلاح شده ی میدانی می باشد .

4-شیب خط تورم یعنی شاخص تورم  شاخص فشردگی مجدد می باشد.

که در این رابطه  نسبت پوکی و  زمان های اندازه گیری بعد از تحکیم اولیه می باشند.

داده های زیر را در نظر بگیرید .

ارتفاع اولیه ی نمونه  برابر 2 سانتی متر

قطر نمونه D برابر 6.3 سانتی متر

جرم اولیه ی نمونه و حلقه  برابر 320 گرم

جرم نهایی نمونه و حلقه   برابر308.46 گرم

جرم نهایی نمونه خشک و حلقه   برابر300.83 گرم

جرم حلقه  برابر 200 گرم

قرائت اولیه ی تغییر شکل سنج صفحه ایی  برابر با 0.600 سانتی متر

قرائت نهایی تغییر شکل سنج صفحه ایی  برابر0.300 سانتی متر

میزان اولیه ی آب  برابر38.9%

وزن مخصوص برابر تنش های موثر قائم درجا  برابر 300 کیلو پاسکال

نفوذسنجی 

V = K    

هدایت هیدرولیکی به برخی پارامترهای خاک نظیر تخلخل توزیع اندازه شکل دانه ها و درجه ی اشباع خاک بستگی دارد .

روابطی ارائه شده اند که هدایت هیدرولیکی را به پارامترهای خاک مرتبط می سازد. جهت نمونه رابطه ای است که نسبت

پوکی و هدایت الکتریکی را به هم مرتبط می سازد و به شکل زیر تعریف می شود که به شکل زیر می باشد .

دراین رابطه ضریب تجربی  به ضریب تخلخل  خمیدگی و که به ترتیب وزن واحد سیال تراوش کننده ولزجت هستند . درخاک های

با اندازه حفره ی یکنواخت ضریب تخلخل تقریبا" برابر 5/2 و خمیدگی نقریبا"برابر 41/1 می باشد مساحت سطح در واحد حجم

به توزیع اندازه های دانه ها مرتبط است.

به دلیل اهمیت جریان خاک در آب ها هدایت هیدرولیکی در بسیاری از زمینه های مهندسی عمران و مهندسی محیط زیست

شامل مهندسی زئوتکنیک طراحی مهندسی پی ، مهندسی محیط زیست ، مهندسی منابع آب جهت ارزیابی جریان آب و

ناخالصی ها از طریق سدها سفره های آب زیرزمینی ، پوشش های رسی و سایر پوشش های دیواره ی کانال ها به کار می رود .

 آزمایش های هدایت هیدرولیکی

هدایت هیدرولیکی نمونه های خاک با استفاده از آزمایش های نفوذپذیری تعیین می شود. مهندسین ژئوتکنیک دو نوع از تجهیزات

مختلف را جهت تعیین هدایت هیدرولیکی خاکها استفاده می کنند . نفوذسنج های هد ثابت و هد کاهش یابنده آزمایش های

آزمایشگاهی متداول جهت تعیین هدایت هیدرولیکی در استاندارد ASTM D2434  و استاندارد D5084 شرح داده شده اند .

 آزمایش نفوذ سنجی هدثابت

تجهیزات

نفوذسنج با دیواذه ی صلب می بایست شامل یک مخزن صافی با هد ثابت و سنگ های متخلخل با هدایت هیدرولیکی نمونه ی

خاک مورد آزمایش و مانومترهایی جهت اندازه گیری تغییرات هدکل بین دو نقطه در نمونه و یک نیروی فنری 22 تا 45  نیوتن جهت

ثابت نگه داشتن نسبت به پوکی نمونه طی انجام آزمایش باشد جهت مشاهده ی جزئیات نفوذسنج با دیواره ی انعطاف پذیر به

استاندارد ASTM D8054 مراجعه نمایید.

نمونه

نمونه ی خاک می بایست جهت نمونه ی خشک شده با هوا آماده شود به طوری که درصد گذرنده از الک نمره ی 200 کمتر از

10 % باشد و هیچ یک از ذرات روی الک 4/1 اینچ نماند .اگر نمونه ی خاک دارای ذرات بزرگ تر از 19  میلی متر باشد.این ذرات

را ازنمونه خارج نمایید و سپس جرم آن ها را اندازه بگیرید . این ذرات درشت دانه آزمایش نمی شوند اما اطلاعات می بایست

گزارش شوند .

آماده سازی نمونه  

جرم اولیه ی نمونه ی خاک درشت دانه ی خشک شده با هوا را (M) تعیین نمایید.

سنگ متخلخل را در کف نفوذسنج قرار داده و خاک را با استفاده از یک قیف درون نفوذسنج بریزید .جریان و ارتفاع قیف و بالای خاک

را حفظ نمایید . از یک حرکت دایره ای جهت پر کردن هر لایه ی خاک درقالب تفوذسنج استفاده نمایید از یک حرکت دایره ای جهت

پر کردن هر لایه ی خاک در قالب نفوذسنج استفاده نمایید اگر خاک شامل ذرات بزرگ باشد خاک را با استفاده از یک کمچه بریزید.

جهت بدست آوردن نمونه های با تخلخل کمتر از عملیات بارش دانه از قیف همراه با عملیات بارش دانه از قیف همراه با عملیات لرزاندن

به کمک کوبنده ی ارتعاشی یا لغزشی استفاده نمایید.

بعد از پرکردن نگهدارنده ی نمونه با خاک خاک باقیمانده را وزن نمایید و ازاین طریق جرم ماسه در نفوذسنج را به دست آورید.

آزمایش نفوذپذیری هدثابت

سلول حاوی نمونه را به مخزن هدثابت متصل کرده و داده  ها را در سیستم خود تعریف نمایید.

جریان آب را باز کردن شیر آغاز نمایید تا رسیدن جریان به حالت پایدار صبر نماییدو تغییرات هد کل را اندازه بگیرید.

جریان آب را با Q   محاسبه نمایید.از یک فلاسک مدرج جهت اندازه گیری حجم آب تراوش کننده و از کرونومتر جهت اندازه گیری

زمان t جهت پر کردن فلاسک مدرج استفاده نمایید.

با استفاده از حرارت سنج حرارت T سیال خروجی را اندازه بگیرید.

آزمایش را جهت سه مقدار مختلف هد کل تکرار نمایید این کار می تواند با تغییر دادن ارتفاع مخزن صافی هد ثابت انجام شود این آزمایشنشان خواهد داد که  هدایت هیدرولیکی زمانی که گرادیان هیدرولیکی کمتر از 50 تا 100 باشد تغییر نمی کند.

جهت ارزیابی تغییرات هدایت هیدرولیکی در اثر تغییرات در نسبت پوکی به کناره ی نفوذسنج ضربه بزنید تا ماسه متراکم تر شود این کار

صرفا" جهت اهداف آموزشی انجام می شود .ارتفاع جدید (H) را اندازه بگیرید و وزن واحد جدید را اندازه گرفته و آزمایش را جهت حالت متراکم تکرار نمایید.

آزمایش نفوذپذیری با هد کاهش یابنده

این آزمایش می تواند جهت خاک های ریزدانه و درشت دانه استفاده می شودASTM استانداردی جهت آزمایش نفوذپذیری با هدکاهش یابنده بادیوار صلب ندارد.هرچند جهت اهداف آموزشی روشی به صورت موازی با روش نفوذپذیری هد ثابت ارائه شده است.

تجهیزات آزمایش

دستگاه نفوذسنج هد کاهش یابنده نفوذسنج دیوار صلب می بایست دارای یک لوله قائم با سطح مقطع ثابت و سنگ های متخلخل با هدایتهیدرولیکی خیلی بزرگتراز هد هیدرولیکی خاک مورد آزمایش و نیروی فنری کل برابر 22 تا 45 نیوتن جهت ثابت نگه داشتن نسبت پوکی نمونه

طی فرآیند آزمایش باشد . جهت مشاهده ی جزئیات آزمایش نفوذ پذیری با هد کاهش یابنده با استفاده از دستگاه نفوذسنج دیوار انعطاف پذیربه استاندارد ASTM D5084 مراجعه نمایید . این استاندارد استفاده از ترانسیدیوسرهای فشاری را جهت مانتیتورینگ تغییرات هدکل در زمان

انجام آزمایش را پیشنهاد می کند.

اندازه نمونه – تجهیزات تراکم –کاغذ صافی – ترازو – پمپ خلاء – لیوان مدرج – کرنومتر یا زمان سنج – نوار اندازه گیری –حرارت سنج

نمونه های به کار رفته در آزمایش نفوذپذیری هد کاهش یابنده می توانند از نمونه های خاک دست نخورده یا دست خورده باشند .اگر نمونه هایدست نخورده در نفوذسنج با دیوار صلب استفاده شوند نمونه ها می بایست طوری شکل داده شوند که سفت و دقیق درون قالب جا داده شوند .

نمونه های دست خورده می توانند با پاشیدن خاک های درشت دانه درون قالب آماده شوند و اگر نیاز باشد افزایش وزن واحد بااستفاده از عملیاتارتعاشی انجام می شود . اگر نمونه های خاک ریزدانه مورد آزمایش قرار گیرند نمونه را با متراکم کردن خاک به وسیله ی ابزار تراکم خاک آماده نمایید.

آزمایش نفوذسنج هد کاهش یابنده 

نفوذسنج را به لوله ی قائم متصل نمایید. با باز کردن کردن شیر جریان را آغاز نمایید مدت زمانی که آب از لوله ی قائم از ارتفاع افت نمی کند را یادداشت نمایید.

حرارت T جریان خروجی را اندازه گیری نمایید.

حجم آب تراوش کننده را محاسبه نمایید .این کار را سه بار تکرار نمایید.با نمونه های دیگری که وزن های خشک مختلفی دارند این

مراحل را تکرار نمایید.

 نتایج

نسبت پوکی را جهت هر یک از نمونه های آزمایش شده محاسبه نمایید

نمودار هدایت هیدرولیکی را در مقابل نسبت پوکی را جهت آزمایش های نفوذ پذیری با هد ثابت و هد کاهش یابنده رسم نمایید.

داده ها و محاسبات نمونه

نمونه : ماسه ی سست همگن و تمیز

جرم نمونه برابر 2706 گرم

طول نمونه H = 21.0 cm

مساحت سطح مقطع نمونه A = 80.7 cm

دمای آب برابر T = 28 C

لزجت آب در دمای 20 درجه

لزجت آب در دمای 28 درجه

حجم آب تراوش کننده

طول اولیه ی نمونه H = 19.4cm

مساحت سطح مقطع نمونه80.71 cm   A 

مساحت سطح مقطع لوله ی قائم 7.28 cm   a 

دما برابر 18 سانتی گراد

لزجت آب در دمای 20 درجه

لزجت آب در دمای 18 درجه

آزمایش مخروط ماسه

آزمایش مخروط ماسه خارج کردن یک نمونه ی خاک از زمین و اندازه گیری وزن آن W انجام می شود .سپس حجم V خاک حفاری شده

با اندازه گیری حجم ماسه ی زیر لازم جهت پر کردن چاله تعیین می شود . وزن واحد خاک و وزن واحد خشک از طریق روابط زیر

محاسبه می شوند.

ماسه ی استفاده شده در روش مخروط ماسه می بایست دارای مشخصات استاندارد باشد خاک استفاده شده در این آزمایش

می بایست خشک باشد و ذرات می بایست گردگوشه یا نیمه گرد گوشه باشند آزمایش به طور کامل استاندارد D 1556 شرح داده

شده است .

آزمایش چگالی بالون لاستیکی

این آزمایش با روش مشابه مخروط ماسه انجام می شود با این تفاوت که روش تعیین حجم نمونه ی خاک خارج شده متفاوت است .

میزان مشخصی نمونه خاک از محل خارج می شود و جهت ارزیابی وزن W و میزان رطوبت خاک w درون ظرف آب بند قرار داده می شود .

یک صفحه ی فولادی و وسیله ی بالون لاستیکی بالای گودال ازمایش قرار می گیرد با اعمال فشار  هوا و یک سربار به سیال موجود در

بالن لاستیکی تا پر کردن کامل گودال آزمایش منبسط می شود اختلاف حجم سیال در دستگاه برابر حجم گودال آزمایش می باشد این

روش نمی تواند در خاک های اشباع یا نرم که ممکن است هنگام منبسط شدن بالون جهت اندازه گیری خاک حالت خود را از دست دهند

به کار گرفته شود. این تکنیک نمی بایست در خاکریزهای تراکم یافته ای که شامل شن های خرد شده هستند مورد استفاده قرار گیرد .

زیرا لبه ی تیز آنها می تواند به غشای لاستیکی بالون اسیب بزند . این فرایند با جزئیات کامل در استاندارد ASTM D2167 توضیح داده شده است .

آزمایش چگالی هسته ای

روش چگالی هسته ای مصرف زمان کمتری دارد و روش غیر مخرب تری جهت تعیین چگالی و وزن واحد خاک در صحرا می باشد.آزمایش چگالی

هسته ای در خاک ها و سنگ ها در سه  استاندارد مختلف ASTM شرح داده شده است که عبارتند از D2922 (عمق کم ) D3017  (عمق کم )

و  D5195 .بر اساس اصول این روش یک دستگاه هسته ای که شامل یک منبع رادیو اکتیو و مشاهده گرهای تابش پرتو می باشد. روی سطح

زمین قرار داده می شودو این دستگاه پرتو های اشعه ی گاما را از طریق خاک منتشر می کند پرتوهای که توسط خاک جذب نمی شود و مشاهده

گرها به شکل معکوس به وزن واحد خاک مربوط می شود روش انتقال مستقیم شامل جاگذاری منبع تا 30 سانتی متر زیر سطح زمین قرار داده می شود .

روش مخروطه ماسه ریز استاندارد

ماسه به کار رفته در آزمایش مخروط ماسه می بایست خشک و تمیز باشد همچنین ماسه باید سمتنه نشده باشد و دارای دانه بندی و توزیع چگالی یکنواخت

باشد ضریب یکنواختی می بایست کمتر از 2 باشد 100% ماسهه باید از الک نمره 10 بگذرد و 97% روی الک نمره ی 60 باقی بماند داانه های ماسه

می بایست با دوام و نیمه گرد گوشه باشند.به طور معمول ماسه ی اوتاوا 20/30  در این آزمایش مورد استفاده قرار می گیرد.

 تجهیزات آزمایش

• مخلوط ماسه با شیر تنظیم

• ظرف پلاستیکی 3.83 liter

• صفحه فولادی با سوراخ مرکزی

• ابزار حفاری : قاشق –ماله – اسکنه و ....

• ظرف های آب بند

• ترازو با حداقل ظرفیت 20 kg و دقت 5 گرم

• اجاق

• ظروف تبخیر

• قالب تراکم استاندارد 

فرآیند آزمایش  

کالیبراسیون تجهیزات : تعیین وزن واحد ماسه .جرم قالب تراکم استاندارد را اندازه بگیرید  که شامل صفحه ستون و قالب می شود اما شامل طوقه نمی شود

ارتفاع داخلی و قطر قالب راتعیین نمایید.حجم قالب  را محاسبه نمایید.

قالب را بدون حرکت دادن اضافی با ماسه ی استاندارد پر نماییدزیرا  این عمل می تواند باعث افزایش چگالی ماسه شود . استفاده از یک شمشه ماسه ی

اضافی را خارج کرده و جرم قالب و ماسه را   اندازه بگیرید .

مرحله 2 را تا زمانی که دو مقدار جرم اندازه گیری شده ی متوالی اختلافی کمتر یا برابر 10 گرم داشته باشند تکرار نمایید .

وزن واحد ماسه را محاسبه نمایید :

که در این رابطه g برابر شتاب گرانش می باشد.

تعیین وزن ماسه ی مورد نیاز جهت پر کردن ظرف مخروط و صفحه ی فولادی .

ظرف پلاستیکی را بادد ماسه پر کنید و جرم ظرف مخروط و ماسه را تاندازه  گیری نمایید.

صفحه فولادی را روی سطح افقی تمیز قرار دهید.مخروطه ماسه را با شیر بسته به در ر استای بالا و پایین به صورت دورانی حرکت دهید. قیف فلزی را در سوراخ

صغحه ایی فولادی شیر راا ببندید جرم ظرف نیمه خالی شده   را اندازه بگیرید. اختلاف در جرم ظرف پر و ظرف خالی برابر جرم ماسه ی مورد نیاز جهت پر

کردن مخروط و صفحه ی فولادی می باشد.

 روش چگالی بالون

مناسب ترین روش جهت تعیین چگالی و وزن واحد درجا جهت خاک های ریزدانه یا مصالح دآن های بدون جایگزین با مصالح سنگی یا درشت دانه می باشد .

این آزمایش جهت خاک هایی که شکل خود را تحت اعمال نیرو از دست می دهند نظیر خاک های اشباع شده خاک نباتی و خاکهای با خاصیت خمیری زیاد

و نیز خاک هایی که دارای نسبت پوکی بالا یا دارای ذرات با پیوند سست هستند مناسب نیست .

 تجهیزات آزمایش

• دستگاه بالون

• صفحه ی فولادی

• ترازو با حداقل ظرفیت 20 kg و دقت 5 gr

• اجاق خشک کن

• ابزارهای حفاری

• ظروف آب بند

• شمشه

• وزنه های سربار

 فرآیند آزمایش

دستگاه چگالی بالون را می بایست قبل از اولین استفاده کالیبره کرد به این منظور می توان از اندازه گیری حجم ظروفی که حجم آن ها مشخص می باشد

نظیر قالب های مورد استفاده در آزمایش تراکم استاندارد یا تصحیح شده استفاده کرد.

سطحی را که آزمایش در آن انجام می شود را هموار سازید این عمل می تواند با استفاده از بولدوزر یا سایر تجهیزات سنگین انجام شود تا ناهمواری زمین

در محدوده ی مورد آزمایش وجود نداشته باشند .

صفحه زیر ستون و دستگاه بالون را در محل ازمایش سوار نمایید استفاده از فشار سربار یکسان استفاده شده در طی فرآیندکالیبراسیون یک قرائت اولیه

از نشانگر حجم را یادداشت نمایید.

دستگاه چگالی بالون را خارج کرده و بدون برهم زدن خاک اطراف یک گودال را در صفحه ی زیر ستون در بالای گودال آزمایش به بیشینه ی اندازه ی ذرات بستگی دارد .

• جرم یک ظرف آب بند را اندازه بگیرید.

• خاک خارج شده از میدان آزمایش را در داخل ظرف آب بند قرار داده و جرم آنها را اندازه بگیرید.

• خاک را خشک کرده و جرم ظرف آب بند و خاک خشک را اندازه بگیرید .

• دستگاه چگالی بالون را پشت صفحه ی فولادی قرار دهید و فشار و سربار را که طی کالیببراسیون اولیه اعمال شده است را دوباره وارد نمایید.

• قرائت نشانگر حجم را بخوانید اختلاف بین قرائت های اولیه برابر حجم گودال آزمایش بر حسب متر مکعب می باشد.

g شتاب گرانش زمین می باشد

داده ها و محاسبات نمونه  L

داده های اندازه گیری شده

قرائت اولیه نشانگر حجم   برابر 0.047 liter

قرائت نهایی نشانگر حجم  برابر  1.488 liter

جرم ظرف آب بند  برابر0.653 kg

جرم ظرف آب بند و خاک خارج شده  برابر 30.25 kg

جرم ظرف آب بند و خاک خشک  برابر 28.33 kg

آزمایش تراکم

در اجرای عملیات تراکم میزان آب در خاک نقش مهمی را ایفا می کند . جهت انرزی تراکم معلوم افزایش میزان آب در به دست آوردن

توده ی متراکم تر از نمونه ی خاک کمک می کند.این بهبود جهت حالت اشباع 85 % به مقدار بیشینه می رسد و با افزودن بیشتر آب

اثر مثبت افزایش آب متوقف شده می شود .این بدین معنی است که وزن واحد خشک نهایی خاک بستگی به میزان آب در فرایند تراکم

دارد میزان رطوبتی که در آن خاک دارای بیشترین وزن واحدخشک می باشد را میزان آب بهینه  می نامند. به عبارت بهتر میزان آب بهینه

اشاره به میزان آب مورد نیاز جهت رسیدن به بیشنه ی وزن واحد خشک جهت خاک متراکم در عملیات تراکم با انرزی مکانیکی مشخص

می کند .

وسایل آزمایش

قالب فلزی استوانه های : قطر 6 ،101 mm و ارتفاع 116،4 mm قالب دارای حجم کل برابر  mm مکعب می باشد. قالب می بایست صفحه ی

کف فلزی و یک طوقه باشد .صفحه و طوقه می بایست محکم به قالب استوانه های الصاق شوند.

چکش سقوط تراکم استاندارد

الک های 3/4  اینچ 3/8 اینچ و الک نمره ی 4

ترازو با دقت 1 گرم

اجاق خشک کن با حرارت 110 درجه

قوطی های حلبی جهت تعیین میزان رطوبت

شمشه یا خط کش جهت صاف کردن نمونه و جدا کردن بخش اضافی نمونه ی تراکم یافته

سایرابزار : ماله ،کفه های مخلوط ، قاشقک ها ،کاردک،کولیس، بطری های فشار و غیره خارج کننده ی نمونه

فرآیند

فرایند آزمایش در استاندارد ASTM D698 آمده است :

نمونه خاک خشک را تا زمانی که تقریبا" 3000 گرم از الک نمره ی 4 عبور کند خرد نمایید. حتما" دقت نمایید

خاک هایی که قبلا" جهت آزمایش تراکم استفاده شده اند مجددا" مورد استفاده قرار نگیرند. زیرا خرد شدن های قبلی دانه ها طی فرایند

آزمایش برنتایج آزمایش تأثیر گذار است .

جرم نمونه ی خشک شده با هوا را تعیین و یادداشت نمایید .    

نمونه ی کوچکی را برداشته و میزان آب اولیه  را در حالت خشک شده با هوا به دست آورید.

با داشتن میزان آب اولیه ی خاک میزان لازم جهت تهیه 5 نمونه ی مختلف از خاک با مقادیر آبی که میزان آب بهینه را در بربگیرند محاسبه

نمایید.میزان آب بهینه جهت خاک های مختلف جهت انرژی تراکم معین متغیر است . می توانید جهت تصمیم گیری در مورد بازه ی میزان

آب مورد استفاده در آزمایش تراکم داده های کلی را جهت خاک های مختلف ملاحظه نمایید. باید میزان رطوبت نوه ها طوری تنظیم شود

که به طور تقریبی یک نمونه در میزان رطوبت بهینه متراکم شود دو نمونه با میزان رطوبت بالاتر و دو نمونه با میزان رطوبت پایین تر متراکم

شوند . گام های افزایش میزان آب نمی بایست از 4 درصد تجاوز کند.

با دقت میزان آب مورد نیاز جهت هر نمونه ی خاک را با آن مخلوط نمایید وآب را در ظرف پوشش دار آب بندی شده یا کیف های پلاستیکی

قرار دهید .

جرم  قطر d و ارتفاع h  را جهت قالب تراکم یادداشت نمایید. قالب را با خاک پر کنید و خاک را با اعمال 23 ضربه چکش استاندارد متراکم نمایید.

ضربات را به طور یکنواخت بین سطح خاک توزیع نمایید و این کار را جهت دو لایه ی بیشتر نیز تکرار نمایید. مطمئئن شوید که تا تراز نهایی خاک

متراکم شده در طوقه اندکی بالاتر از قالب قرار می گیرد.

طوقه را خارج نماید و خاک اضافی قالب را با یک شمشه برش بزنید .

جرم قالب به علاوه ی خاک متراکم شده  را تعیین و یادداشت نمایید..

مراحل 6 تا 10 را جهت سایر نمونه ها تکرار نمایید و جهت هر یک میزان اب را اقزایش دهید .

آزمایشات را تا زمانی که جرم قالب به علاوه ی جرم خاک متراکم شده کمتر از قرائت قبلی شودانجام دهید.

مقادیر معمول

انواع خاک میزان رطوبت بهینه و پیشینه ی وزن واحد متفاوتی جهت یک  تلاش تراکم مشخص دارند .توجه نمایید که جهت ماسه های بد دانه بندی شده

آزمایش پروکتور جهت تراکم خاک توصیه نمی شود . ماسه های بد دانه بندی شده با استفاده از تلاش لرزشی به صورت بهینه متراکم می شوند .جهت

اطلاعات رابطه بیشتر در رابطه با تراکم ارتعاشی خاک ها بیشینه و کمینه ی نسبت پوکی و چگالی نسبی به استاندارد ASTM D4253 و نیز استاندارد

D4254 مراجعه نمایید.

آزمایش حد خمیری

فرآیند

• نمونه ی خاکی را که قبلا جدا کرده اید بردارید و آن را روی صفحه ی شیشه ای قرار دهید و چند نمونه ی بیضوی شکل از این نمونه ی خاک درست نمایید.
• هر یک از نمونه ای بیضوی شکل را با اعمال فشار لازم جهت شکل دهی یک ریسمان با قطر یکنواخت بین کف دست یا انگشتانتان و صفحه ی شیشه ای بغلتانید.
• وقتی که قطر طناب حدود 3 میلی متر شد ریسمان را به تکه هایی بشنمایید و تکه ها را با هم خرد نمایید.
• عمل غلتاندن توده ی خاک در شکل ریسمان را تا جایی ادامه دهید که ریسمان ها در قطر 3 میلی متر بشکنند. دستگاه کاساگرانده را به عنوان یک راهنما در
• نطر بگیرید یا اینکه خاک به حالتی برسد که بدون ترک خوردن قابل غلتاندن به شکل ریسمان های با قطر 3 میلی متری نباشد.
• بعد از اینکه مشاهده کردید که ریسمان های خاک در قطر 3 میلی متر می شکنند این خاک را داخل قوطی عایق رطوبت قرار دهید تا میزان رطوبت آن تعیین شود.
• این روند را جهت سایر نمونه های بیضوی خاک پر نمایید. شما می بایست دو قوطی را با حداقل 6 گرم از تکه های غلتانده شده ی خاک پر نمایید . روز بعد جرم
• خشک شده از نمونه هایتان را در اختیار خواهید داشت . میزان آبی که تعیین می نمایید حد پلاستیک خاک می باشد.حد انقباض

نمونه

• 150 تا 200 گرم مصالح گذرنده از الک نمره ی 4

وسایل

• ترازو با دقت 0.01 گرم و قادر به معلق سازی نمونه ی خاک از مرکز پایه ی آن

• ظرف انقباض با کف صاف

• اجاق خشک کن

• هاون و کلوخ کوب

• کاردک

• شمشه یا خط کش

• الک نمره ی 40

• پارافین میروکریستالاین

• ریسمان دوخت

• آب مقطر

• حوضچه ی آب

• گرم کن پارافین

• گرماسنج با دقت 0.5 سانتی گراد

• صفحه ی شیشه ای یا پلاستیکی شفاف

• روان کننده ی نفتی (وازلین )

آزمایش

• نمونه ی خاک را مطابق استاندارد D4318 از طریق روش آماده سازی مرطوب آماده نموده میزان رطوبت خاک می بایست

• طوری باشد که 10 ضربه ی دستگاه تعیین حد روانی جهت بسته شدن شیار در طول 13 میلی متر مورد نیاز باشد.

• ظرف انقباض را انتخاب کرده و شماره ی شناسایی و حجم آن را ثبت نمایید به آرامی درون ظرف را با روغن چرب نمایید.

• جرم ظرف انقباض چرب شده ( ) را تعیین و یادداشت نمایید.

• میزانی از خاک مرطوب برابر تقریبا" یک سوم حجم ظرف رادر مرکز ظرف قرار دهید.کناره ی ظرف را ضربه بزنید تا باعث شود

• لبه –های توده ی خاک به سمت بیرون جریان یابد.تقریبا" همان مقدار از خاک قبلی را اضافه نماید و دوباره به کناره ی ظرف

• تا زمانی که خاک صاف شود ضربه بزنید . به اضافه کردن خاک و با ضربه زدن به کنارظرف ادامه دهید . به طوری که خاک با ظرف لب با لب  شود .

• خاک اضافی را باشمشه بریده و خارج نمایید و تمام خاک های سمت بیرون ظرف را پاک نمایید.

• جرم ظرف به علاوه ی خاک مرطوب بلافاصله بعد از اینکه پر و تراز شد با عنوان تعیین و  یادداشت شود.

• تا زمانی که رنگ آن روشن تر شود نمونه ی خاک را با هوا خشک نمایید . سپس آن را در یک اجاق با حرارت 110 درجه تا حالت رسیدن

• به جرم ثابت خشک نمایید.جرم خاک خشک به علاوه ی ظرف  تعیین و ثبت نمایید.

• جهت تعیین حجم توده ی خاک یک تکه از ریسمان را حول توده ی خاک خشک ثابت کرده و با نگاه داشتن انتهای دیگر ریسمان به طور کامل

• توده ی خاک را درون پارافین ذوب شده وارد نمایید.

• توده ی خاک را از پارافین خارج کرده و بگذارید تا پارافین سرد شود.

• انتهای ریسمان را به کف ترازو معلق است توده ی خاک پوشش داده شده با پارافین سرد شده در هوا را ( )یادداشت نمایید.

• در حالی که توده خاک همچنان از سمت پایین ترازو معلق است توده ی خاک پوشیده شده با پارافین را در یک حمام آب بدون اینکه اجازه دهید

• توده ی خاک کف حوضچه را لمس کند مستغرق نمایید. جرم خاک خشک و پارافین درون آب را( ) یادداشت نمایید.

• جرم توده ی خاک خشک را توسط رابطه _  محاسبه نمایید.

• میزان رطوبت خاک را زمانی که در ظرف قرار داده شده محاسبه نمایید

- آزمایش حد روانی

فرآیند

1-قوطی های عایق رطوبت را برداشته و آنها بر چسب گذاری کرده و جرم هر یک را اندازه گیری و ثبت نمایید.

شما سه یا چهار قوطی را جهت آزمایش حد خمیری و دو قوطی را جهت حد خمیری استفاده خواهید کرد.

2-دستگاه حد روانی را تمیز مکرده و مطمئن شوید که کار می کند .در صورت لزوم ارتفاع سقوط فنجان را با دقت

1 سانتی متر تنظیم نمایید. همچنین این اطمینان راپیدا نمایید که طی سقوط کمترین حرکت جانبی رخ خواهد داد.

3-نمونه را با شکستن کلوخه های دانه های در یک هاون با یک کلوخ کوب آماده نمایید.سپس الک را روی الک

نمره ی 4 خالی نمایید. سپس الک را روی الک نمره ی 4 را جمع نمایید 20 گرم از مصالح جمع شده را برداشته و

آنرا جهت آزمایش حد خمیری کنار بگذارید. حدود200 گرم از خاک خشک شده با هوا را درون ظرف ریخته و با آب

مخلوط نمایید. و با به هم زدن ورز دادن و خرد کردن متناوب به وسیله ی یک کلوخ کوب  نمونه را آماده نمایید.

4-وقتی خاک به طور کامل با آب مخلوط شد آن را در دستگاه کاساگرانده قرار دهید.

5-بخشی از خاک را جهت آزمایش در فنجان برنجی در دستگاه کاساگرانده قرار دهید.سطح خاک را توسط کاردک تراز

و صاف نمایید سعی نمایید تا تمام حباب های هوا را خارج نمایید. ضخامت پیشینه ی خاک در فنجان می بایست تقریبا"

1 سانتی متر باشد . از ابزار ایجاد شیار در نمونه ی خاک استفاده نمایید.توجه داشته باشید که هیچ ذره ی خاکی در

کف شیار موجود نباشد .

6-فنجان را بردارید و با چرخاندن دسته ی محور آن را با سرعت 2 بار برثانیه رهاسازی نمایید. این کار را تا زمانی که شکاف

در طول 13 سانتی متر بسته شود ادامه دهید. تعداد ضربات را در برگه ی داده ها با عنوان N یادداشت نمایید.

7-یک برش از خاک را از بخشی از خاک که شکاف با جریان خاک بسته شده است خارج نمایید.خاک را در یک قوطی عایق

رطوبت قرار دهید و میزان آب را اندازه گیری نمایید.

8-اگر شماره ضربه بیش از 25 باشد آب بیشتری اضافه نمایید. در هر گام حدود  4 تا 5 میلی لیتر آب را به نمونه اضافه نمایید

تا تعداد ضربات کم شود . اگر تعداد ضربه ها کمتر از 25 باشد اندکی مقدار خاک بیشتری را به نمونه اضافه نمایید و آنها را با

دقت مخلوط کرده و آزمایش را تکرار نمایید. مظمئن شوید که فنجان حد خمیری قبل از تکرار هر آزمایش کاملا" تمیز شده باشد.

9-آزمایش را تا زمانی که حداقل سه نمونه با شماره ی ضربه ی بین 15 تا 35 به دست آیند تکرار نمایید.

10-تعداد ضربه ها را در مقابل میزان رطوبت در یک نمودار نیمه لگاریتمی رسم نمایید و یک خط صاف را از بین نقاط عبور دهید.

حد روانی میزان رطوبت منطبق بر 25 ضربه روی خط مستقیم می باشد.(تصویر صفحه 100-101)

تحلیل هیدرومتری

 آشنایی

تحلیل هیدرومتری جهت ارزیابی منحنی توزیع اندازه دانه های ریط خاک که به دلیل کوچک بودن اندازه ی آنها طریق روش مکانیکی

الک قابل طبقه بندی نیستندانجام می گردد.

تحلیل هیدرومتری به طور معمول جهت دانه هایی که کوچک تر از 75 میکرومتر هستند به کار می رود .نتایج امایش هیدرومتری جهت طبقه بندی خاک ها به کار نمیرود . بلکه جهت به دست آوردن اطلاعاتی در رابطه با رفتار مهندسی دانه های ریط مورد استفاده قرار میگیرد.جهت نمونه مقادیر دانه های ریز جهت تخمین هدایت هیدرولیکی خاک ها از طریق روابط هایزن یا از طریق معادله ی کلی  ترک وزنی کارمان جهت خاک تمیز استفاده می شود .بنا به جهت توزیع اندازه ی توزیع دانه ها نقش مهمی در طراحی فیلترها و ضد آب دارند.

اصول تحلیل

آزمایش هیدرومتری بر مبنای این استوار است که قانون استوکس می تواند جهت رسوب دانه های ریز خاک استفاده شود .قانون

استوکس فرایند رسوب دانه های کروی را که با هم اندرکنش ندارد توصیف می کند .مسئله را می توان به طور ساده به شکل سقوط

دانه های کروی با سرعت نهایی شان دریک سیال لزج مطرح کرد.

معادله ای که جرم ذره ی مستعرق شده را به نیروی کشش لزج مربوط می کند به شکل زیراست :

معادله ی تعادل در این معادله D قطر ذره ی کروی و   وزن مخصوص ذره ی خاک و V=L /t سرعت نهایی ذره L فاصله ی سقوط ذره طی زمان t می باشد.

وزن واحد سیال و لزجت سیال می باشد.

حل معادله برحسب قطر ذره نتیجه می دهد:

اگر لزجت وزن واحد سیال و وزن مخصوص ذره معلوم باشند و فاصله ی سقوط و زمان اندازه گیری شوند دراین صورت اندازه ی ذره می تواند تعیین شود.

کاربرد معادله ی جهت خاک ها دارای دو محدودیت مهم می باشد.اولین محدودیت در نطر گرفتن این فرض است که دانه ها با یکدیگر اندرکنش ندارد.

این فرض مخصوصا" جهت رس ها صحیح نیست زیرا بار الکتریکی روی سطح رس ها باعث ایجاد نیروهای جاذبه و دافعه ی الکتریکی بین دانه های مجاور می شود .یکی از پیامدهای این اندرکنش شکل گیری کلوخه است. وقتی دانه های مجاور می شود. وقتی دانه های کلوخه می شوند. بلوک های بزرگتری را تشکیل می دهند که به شکل یک دانه ی بزرگتر سقوط می کند.جهت اجتناب از این مشکل مهندسین زئوتکنیک یک محصول شیمیاییرا به کار میبرندکه از کلوخه شدن در سیستم جلوگیری میکند.

دومین محدودیت این است که دانه های رس کروی نیستند.بلکه به شکل صغحه ای یا سوزنی می باشند. بنابراین جهت دانه های رس دقیق نیست .این مسئله اصلاح نشده است و جزئی از تقریب های این تحلیل می باشد. به علاوه آزمایش با اندازه گیری زمان و فاصله ی سقوط جهت هر ذره انجام نمی گیرد

بلکه به جای آن تغییرات زمانی چگالی دوغاب محلول خاک اندازه گیری می شود.با ته نشین شدن دانه های خاک درون یک سیلندر استوانه ای رسوب چگالی دوغاب کاهش  می یابد و هیدرومتر داخل محلول به سمت پایین فرو می رود .هیدرومتر قابلیت کالیبره شدن را دارا بوده و دارای مقیاسی است که چگالی محلول را در واحد گرم بر لیترمشخص می کند.سرعت تغییرات چگالی محلول با گذشت زمان می تواند جهت ارزیابی فاصله ی  L و t در معادله ی سپس جهت تعیین توزیع اندازه ی دانه های خاک استفاده شود.

وسایل آزمایش

-هیدرومتری خاک 152H  (جهت سایر مدلها ی هیدرومترخاک به استاندارد D422  مراجعه نمایید)

- دستگاه پراکنده کننده : مخلوط کن با سرعت بالا

- لیوان آزمایشگاهی 250 میلی لیتری

- کرونومتر

- دو سیلندر رسوب با گنجایش 1000 میلی لیتر

- نگهدارنده های لاستیکی

- دماسنج : با دقت 3/0 سانتی گراد

- ترازو با دقت 01/0 گرم

- ظرف های بخار

- اجاق خشک کن با حرارت درجه ی سانتی گراد

- 500 میلی لیتر محلول هگزامنافسفات سدیم

- 3000 میلی لیتر آب مقطر نمونه

-حدود 50 گرم خاک رسی یا سیلتی خشک شده با هوا وگذرنده از الک نمره ی 10 

 ضرایب تصحیح

جهت اینکه به درستی اندازه گیری های هیدرومتر را ارزیابی می نماییم سه اصطلاح

مربوط به اصلاح هلالی  اصلاح دما  و اصلاح پراکندگی   می بایست انجام شوند.

قرائت تصحیح شده R برابر است با که در این رابطه R قرائت به دست آمده روی هیدرومتر هلاله می باشد.

قرائت هیدرومتر از قسمت بالای هلالی خوانده می شود باا مستغرق کردن هیدرومتر داخل آب صاف

و اندازه گیری اختلاف بین بالا و کف هلاله مقدار ضریب اصلاح  به دست می آید . مقدار ضریب اصلاح هلالی معمولا" به شکل زیر در نطر گرفته می شود:

به دلیل اینکه این اصلاح معمولا" به شکل مثبت است می بایست به قرائت تصحیح نشده R افزوده شود.

تغییر در درجه ی حرارت چگالی سیال را تغییر می دهد. بنا جهتن حرارت نیز قرائت هیدرومتر را تغییر می دهد.ضریب اصلاح دما  با رابطه زیر بدست می آید:

که در این رابطه (کیلوگرم ) چگالی آب در دمای T (برحسب سانتی گراد) می باشد.جدول چگالی آب بر حسب دما را نشان می دهدکه می تواند در رابطه استفاده می شود.همچنین مجموعه ای از مقادیر اصلاح  راجهت دماهای بین 10 تا 30 درجه را نشان می دهد.افزودن عامل پراکنده ساز باعث افزایش چگالی سیال می شود ضریب اصلاح جهت قرائت هیدرومتر در آب حاوی عامل پراکنده ساز  می باشدکه از رابطه زیر بدست می آید.

که در آن  غلظت هگزا متافسفات در آب برابر 40 گرم بر لیتر و  مساوی 125 میلی متر حجم محلول هگزامتافسفات می باشد. به دلیل اینکه افزودن عامل پراکنده ساز چگالی محلول را افزایش می دهد ضریب اصلاح  می بایست از قرائت اصلاح نشده ی هیدرومتر R کسر شود.

7-2-3- فرایند تحلیل

فرایند تحلیل جهت ازمایش هیدرومتری نه تنها شامل اصطلاحات هلالی ، حرارت و چگالی می باشد بلکه همچنین شامل اصطلاحات هندسه و حجم بلور

و مساحت سطح مقطع سیلندر رسوب می باشد.

انجام تماماین اصطلاحات از موارد زیر پیروی می کند:

با استفاده از قرائت هیدرومتر و اصطلاح هلالی فاصله ی را با استفاده از معادله ی زیر به دست می آید:

عمق مؤثر هیدرومتر را با استفاده از داده های جدول 3-2 و رابطه ی زیر محاسبه نمایید:

در این رابطه A مساحت سیلندر رسوب و  حجم شیشه ی هیدرومتر می باشد .شکل 3-12 عمق موثر 152H و جهت یک سیلندر

رسوب با مساحت سطح مقطع A=0.00278  متر مربع را نشان می دهد.

با استفاده از داده ها و قرائت های هیدرومتر در زمان t و با داشتن عمق مؤثر L قطر دانه های را از رابطه ی زیر محاسبه نمایید:

D = که در آن  وزن مخصوص دانه های خاک و g  برابر  9.81 متر بر مجذور ثانیه برابر شتاب گرانش و چگالی آب در دمای زمان

اندازه گیری و لزجت سیال برابر pas  می باشد.

درصد قطر دانه های باقیمانده در محلول سوسپانسیون را با استفاده از قرائت  تصحیح شده ی هیدرومتری R از رابطه زیر محاسبه نمایید.

که در آن a ضریب اصلاح جهت وزن های مخصوص مختلف دانه های خاک  جرم خاک خشک می باشد.

توزیع ترکیبی اندازه ی دانه ها

 آشنایی

توزیع ترکیبی توزیع اندازه ی دانه های خاک را در بازه ی وسیعی از اندازه ی دانه ها ارائه می کند. توزیع ترکیبی ادازه ی دانه های خاک

نتایج هر دو آزمایش الک و هیدرومتری را جهت توزیع کامل اندازه ی دانه های خاک به کار می برد.

 محاسبات

ازمایشات الک و هیدرومتری توزیع های یکسانی را جهت اندازه ی دانه های جهت دانه های باقی مانده روی الک 200 ارائه می کنند.

جهت دانه های ازمایش شده در تحلیل هیدرومتری درصد جرم کل ریزتر می شود .

P =به طوری که  جرم نمونه ی خشک گذرنده از الک نمره ی 200 می باشد و جرم کل نمونه ی خشک در تحلیل می باشند و  درصد

جرم ریزتر محاسبه شده در تحلیل هیدرومتری می باشد.

 گزارش

جهت ترکیب منحنی های توزیع اندازه ی دانه ها دستور العمل 3-1 تا 3-3 را که اشاره به تحلیل های الک و هیدرومتری دارند به کار بگیرید.

حدود اتنبرک

آشنایی

حدود اتنبرگ مرز بین حالات مختلف خاک های ریزدانه را معین می کند . حالات مختلف در رس ها را می توان به صورت حالات روانی خمیری

نمه جامد و جامد در نظر گرفت این حدود شاید قدیمی ترین پرکاربردترین و پذیرفته شده ترین پارامتر مشخصه ی تمام آزمایشات مهندسی

در زمینه ی خاک های ریز باشد و جهت اهداف مهندسی مختلف به کار گرفته می شود . این اهداف شامل تعیین مشخصات خاکریزها به طور

کلی تخمین خواص مهندسی خاک ها می باشد . مهم تر این که این آزمایش ها یک شاخص کیفی از اندرکنش بین آب و دانه های جامد و نیز

شکل گیری لایه های مضاعف پراکنده را ارائه می کند.

حد خمیری خاک مرز بین حالت خمیری و حالت نیمه جامد آن است .حد خمیری خاک به میزانی از آب گفته می شود که در آن خاک وقتی به

شکل یک ریسمان 3 میلی متری غلتانده شود شروع به خرد شدن می کند . طبق قرار داد حد روانی به صورت میزان آبی تعریف می شود

که در آن یک شیار درون توده ی خاک در وسیله ی استاندارد حد روانی جهت بسته شدن در طول 13 میلی متر نیاز به 25 ضربه دارد .

حد انقباض نقطه ای را نشان می دهد که خاک در آن شروع به رفتار جامد شکننده می کند . این حدود رفتار خاک توسط اتنبرگ در سال 1911

مطرح شد و آزمایشات خاک توسط کاساگرانده در سال 1949 انجام گردید.

به علاوه نتایج آزمایش حدود اتنبرگ و توزیع اندازه های دانه خاک می توانند جهت جمع آوری اطلاعات از رفتار خاک ها با هم ترکیب شوند.

یکی از این پارامترها فعالیت (A) رس است که به شکل زیر تعریف می شود:

A=در این رابطه PI شاخص خمیری خاک است و درصد رس به شکل درصد خاکهای کوچک تر از 0.002 میلی متر تعریف می شود. فعالیت

خاک نشانگر رابطه ی بین ترکیبات معدنی ، سطح مخصوص ، درصد مقادیر رس و شاخص خمیری خاک ها می باشد. آزمایشات حد خمیری 

و روانی در استاندارد ASTM D4318  توضیح داده شده اند.دو روش جهت تعیین حداقل سه حد روانی می باشد و روش دوم که از حد روانی

متوسط به دست آمده از دو آزمایش جهت تعیین حد روانی استفاده می کند . روش اول در بخش بعدی شرح داده خواهد شد.همچنین دو روش جهت آماده سازی نمونه ی خاک جهت تعیین حدود اتنبرگ در ASTM  D4318 آمده است : روش آماده سازی مرطوب و روش آماده سازی خشک .

نمونه

-خاک گذرنده از الک نمره ی 40 که در هوا یا توسط اجاق خشک شده باشد .

وسایل آزمایش

• الک نمره ی 40
• دستگاه تعیین حد روانی
• ابزار ایجاد شیار
• قوطی های عایق رطوبت
• صفحه ی شیشه ای یا پلاستیکی
• ابزار مخلوط کردن خاک
• ترازو با دقت 0.01 گرم
• هاون و کلوخ کوب
• اجاق خشک کن با حرارت درجه ی سانتی گراد

دامنه کاربرد

در این آزمایش روش تعیین چگالی فضایی و ظاهری ( در دمای 23/23 درجه سانتی گراد ) و روش تعیین جذب آب مصالح سنگی ریز دانه مورد بررسی قرار می گیرد.

چگالی فضایی و ظاهری  مطابق تعاریف استاندارد A S T M  E 12 ، برای دانه هایی که 24 ساعت در آب قرار داده شده اند، براساس وزن دانه های اشباع با با سطح خشک تعیین می گردند.

همچنین جذب آب دانه ها مطابق تعاریف A S TM C 125 مشخص می شود.

اهمیت و کاربرد

چگالی فضایی مشخصه ی عمومی است که برای محاسبه ی حجم اشغال شده توسط دانه ها در مخلوط های مختلف ( مانند بتن و مخلوط های دیگری که براساس حجم مطلق طرح می شوند ) به کار برده می شود. این کمیت همچنین برای محاسبه فضا های خالی دانه ها (A S TM C 29) و تعیین رطوبت دانه ها براساس جابجایی سطح آب (A S TM C 70)  مورد استفاده قرار می گیرد. چگالی فضایی که با استفاده از دانه های اشباع با سطح خشک تعیین می شود، هنگامی به کار می رود که دانه ها مرطوب باشند ( اگر جذب آب مناسب باشد ).برعکس چگالی فضایی خشک برای دانه های خشک یا دانه هایی که فرض میشود خشک باشند به کار می رود.

چگالی ظاهری به وزن مخصوص نسبی مواد جامد سازنده ی ذرات مربوط می سود ولی شامل فضاهایخالی داخل ذرات که آب میتواند در آنها وارد شود نخواهد بود.این کمیت در ارتباط با تکنولوژی سنگدانه های ساختمانی کاربرد زیادی ندارد.

کمیت جذب آّب برای محاسبه ی تغییرات وزن سنگدانه در اثر جذب آب در حفرات درونی آن( هنگامی که دانه ها به اندازه کافی در مجاورت آب قرار داده می شود ) و مقایسه ی با شرایط خشک ، به کار می رود. در ازمایشگاه برای تعیین جذب آب ، دانه های خشک را به مدت 24ساعت در آب قرار می دهند. دانه  هایی که از معادن زیر آب استخراج می شوند ، در صورتی که اجازه داده نشوند خشک شوند، ممکن است درصد جذب آب بالاتری داشته باشند. برعکس درصد رطوبت بعضی دانه ها در هنگام استفاده ممکن است کمتر از رطوبت آزاد وجود دارد، درصد رطوبت آزاد را می توان از کسر کردن مقدار جذب آب از مقدار کل رطوبت  ( که با آزمایش  A S TM C 566 تعیین می شود ) ، بدست آورد.

وسایل مورد نیاز: 

ترازو- به ظرفیت 1 کیلوگرم یا بیشتر و حساسیت 1/0 گرم یا کمتر.

چگالی سنج-  بالن یا ظرف  مناسب دیگری که نمونه ریز دانه ی مورد آزمایش در آن ریخته می شود و دقت قرائت حجم آن 1/0 ± سانتی متر مکعب می باشد. بیشترین حجم قابل قرائت این ظرف با حداقل 50 درصد بیش از فضای لازم برای نمونه آزمایش باشد. یک بالن مدرج به ظرفیت 500 سانتی متر مکعب برای نمونه ای حداکثر به وزن 500 گرم مناسب می باشد. بالن لوشاتلیه که در A  S TM C 188  معرفی شده است، برای نمونه ای به وزن تقریبی 55 گرم قابل استفاده خواهد بود.

قالب- یک قالب فلزی به شکل مخروط ناقص با قطر داخلی 3±40 میلی متر در بالا و 3±90 میلی متر در پائین و ارتفاع 3±75 میلی متر و ضخامت 8/0 میلی متر.

تخماق- یک میله فلزی به وزن 15±340 گرم، دارای یک سر تخت دایره ای به قطر 3±25 میلی متر.

نمونه برداری و آماده کردن نمونه:

نمونه ای به وزن تقریبی 1 کیلوگرم از مصالح ریز دانه را با استفاده از روش 4/1 کردن جدا نمائید.

نمونه را در ظرف مناسبی قرار دهید و تا رسیدن به وزن ثابت ، در دمای 5±110 سانتی گراد خشک کنید. پس از اینکه نمونه سرد شد، دانه ها را به مدت 4±24 ساعت در آب قرار دهید. سپس آب موجود در ظرف محتوی دانه ها را به آرامی تخلیه نمائید. باید توجه شود که دانه ها همراه آب هدر نروند. نمونه را روی یک سطح صاف که جاذب رطوبت نباشد پهن کرده و جریان هوای گرم را از روی آنها عبور دهید تا دانه ها به طور یکنواخت خشک گردند. در صورت تمایل برای رسیدن به شرایط اشباع با  سطح خشک می توان از روش های مکانیکی ( مثلاً تکان دادن با دست ) استفاده کرد. این عمل را تا زمانی که نمونه به حالت سیال در آید ادامه دهید. با استفاده  از روشی که در بند  گفته شده است ( آزمایش مخروط ) می توان وجود و یا عدم وجود رطوبت سطحی در دانه ها را تعیین نمود. بهتر است.

در اولین آزمون مقداری رطوبت در نمونه وجود داشته باشد. خشک کردن دانه ها را با شرایط ثابت ادامه دهید و در فواصل متناوب آزمایش مخروط را تکرار نمائید تا از رسیدن به شرایط اشباع با سطح خشک اطمینان حاصل کنید. اگر در اولین آزمایش ملاحظه شد که  دانه ها داراری رطوبت سطحی نمی باشند، می توان نتیجه گرفت  که دانه ها از شرایط اشباع با سطح خشک گذاشته اند. دراین حالت چند میلی لیتر آبرا با ریز دانه مخلوط کرده و نمونه را به مدت 30 دقیقه در محفظه ی  سر پوشیده ای قرار دهید. سپس مراحل خشک کردن و آزمایش مخروط را تا حصول شرایط مطلوب ادامه دهید.

 آزمایش مخروط برای بررسی رطوبت سطحی – قالب مخروطی را از طرف قطر بزرگتر روی یک سطح نرم که  جاذب رطوبت نباشد، قرار دهید. قسمتی از ریز دانه ی نسبتاً خشک را بطور سست در قالب بریزید تا از سر قالب سر ریز کرده و قدری روی آن انباشته شود. قالب را با دست نگه داشته و با تخماق ریزدانه داخل قالب را با 25 ضربه بکوبید. برای هر ضربه باید میله از 5 میلی متری بالای سطح فوقانی ریزدانه به حالت سقوط آزاد روی آن رها شود. پس از کوبیدن ماسه سست روی قالب را کنار زده و قالب را بطور عمودی بالا بکشید. اگر هنوز رطوبت سطحی وجود داشته باشد ماسه همچنان به شکل قالب باقی می ماند و هنگامی که ریز دانه کمی ریزش نماید مشخص می شود که به شرایط اشباع با سطح خشک رسیده است. بعضی

ماسه های شکسته ممکن است در آزمایش مخروط و در شرایط اشباع با سطح خشک ریزش نکنند. برای این نمونه ها شرایط مطلوب هنگامی در نظر گرفته می شود که یک طرف توده ی ریزدانه هنگام خارج نمودن قالب کمی  ریزش نماید.

روش انجام آزمایش :

همه ی وزن ها باید با دقت 1/0 گرم اندازه گیری و  ثبت شوند.قسمتی از چگالی سنج را با آب پر کرده و سپس 10±500گرم ماسه ی اشباع با سطح خشک را که  طبق قسمت 4 آماده شده است ، در داخل آن بریزید. سپس تا پر شدن تقریباً 90% حجم ظرف به آن آب اضافه نمائید. برای خارج شدن حباب های هوا چگالی سنج را تکان دهید. دمای آزمایش باید در حدود 7/1 ± 23 درجه ی سانتی گراد ثابت نگه داشته شود. در صورت لزوم برای تثبیت دما می توان چگالی سنج را در ظرف آن رسانده و وزن کل چگالی سنج حاوی آب ونمونه را تعیین نمائید.

بجای توزین به روش فوق می توان مقدار آب لازم برای پر کردن چگالی سنج را به صورت حجمی تعیین نمود ( در دمای 7/1 ±23 درجه سانتی گراد ) به این منظور از یک بورت مدرج با دقت 15/0 میلی لیتر استفاده می شود.  وزن کل چگالی سنج ، نمونه و آّب به صورت زیر محاسبه میگردد.

C = 0/9975 V_{a +} S + W

در اینجا:

C= وزن چگالی سنج  با نمونه و آب که تا علامت مشخصه آن بالا آمده است ( گرم )

V_a=  حجم آب افزوده شده به چگالی سنج ( میلی لیتر )

S= وزن نمونه ی اشباع با سطح خشک

W=  وزن چگالی سنج خالی ( گرم )

ابتدا بالن را با آب تا نقطه ای بین 0 و 1 میلی لیتر روی ساقه ی ظرف پر کنید. قرائت نخست را در شرایطی که

دما در محدوده 7/1±23 درجه ی سانتی گراد نگه داشته شده یادداشت نمائید. سپس 5±55 گرم ریز دانه اشباع

با سطح خشک ( یا هر مقدار دیگر که سطح آب را به درجه بندی های فوقانی می رساند ) را در داخل محفظه

بریزید. برای خارج کردن هوای محبوس بین ذرات ، بالن را در حالت مایل روی یک دایره ی افقی به آرامی بچرخانید.

سپس ظرف را به حالت افقی نگه داشته و تراز سطح آب را قرائت کنید. در اینجا دما می تواند حداکثر 1 درجه

سانتی گراد نسبت  به دمای مبداً اختلاف داشته باشد. تفاوت این دو قرائت حجم دانه ها را بدست می دهد.

ریز دانه را از چگالی سنج خارج کرده و آن را تا رسیدن به وزن ثابت در دمای 5±110 درجه سانتی گراد ( 9±230 درجه فارنهایت ) خشک کنید. سپس به مدت 5/0±1 ساعت آن را در دمای اتاق قرار دهید تا سرد شود و بالاخره آن را وزن نمائید.