آزمایش سه محوری با هدف تعیین پارامتر های مقاومت برشی مثل زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی انجام می گیرد.
تست سه محوری اغلب در کارهای تحقیقاتی و دانشگاهی انجام می شود و جز آزمایش های آزمایشگاهی شهری نیست.
ابتدا لیست تجهیزات این آزمایش معرفی می شود.
سپس روند انجام آزمایش به صورت گام به گام بیان می شود.
برای بهتر فهمیدن این آزمایش، فیلم کاملی از آزمایش سه محوری دوبله فارسی و به صورت رایگان ارائه شده است.
در آخر نکات مفیدی از نحوه انجام این تست و نتایج حاصل از آن آورده شده است.

وسایل آزمایش سه محوری

در این بخش به معرفی تجهیزاتی که با استفاده از آن می توانید یک آزمایش سه محوری را به درستی انجام دهید معرفی می گردد.
این وسایل عبارتند از:

دستگاه بارگذاری قائم

سیستم بارگذاری توسط جک هیدرولیکی یا برقی تامین می شود.
دستگاه بارگذاری دارای یک موتور است که سلول سه محوری را بالا می برد.
با بالا بردن سلول، نمونه داخل سلول تحت بارگذاری قرار می گیرد.
سرعت حرکت سیستم بارگذاری قابل تنظیم است.

دستگاه بارگذاری جانبی

اطراف نمونه خاک پر از آب است.
این آب به یک کمپرسور هوا متصل می گردد.
با تغییران فشار هوا، می توان فشار جانبی وارد بر نمونه خاک را تنظیم کرد.

سلول سه محوری

سلول سه محوری استوانه ای شفاف است که جنس بدنه آن از شیشه یا پلکسی گلس می باشد.
آب، داخل این سلول قرار می گیرد.
با استفاده از فشار هیدرواستاتیک، به نمونه فشار همه جانبه وارد می آید.
هر سلول سه محوری شامل اجزای زیر است:

• درپوش پایین سلول که شیرهای منفذی بر روی آن تعبیه شده است.
• درپوش بالایی سلول که پیستون اعمال نیرو بر روی آن وارد می شود.
• استوانه ای توخالی از جنس شیشه

پایه و کلاهک نمونه

پایه در زیر نمونه خاک و کلاهک در بالای آن قرار می گیرد.
لازم است جنس پایه و کلاهک از جنسی باشد که آب در آن نفوذ نکند.
در ثانی، در مجاورت آب دچار زنگ زدگی نشود.
وزن کلاهک نباید خیلی زیاد باشد.
پایه به قسمت پایینی سلول سه محوری با پیچ یا جوش متصل شود.
اینکار باعث می شود هیچگونه جابجایی جانبی یا اعوجاج در مجموعه مشاهده نشود.
لازم است پایه، کلاهک و اهرم اعمال نیرو در یک جهت باشند.
در غیر اینصورت در نمونه خاک لنگر ایجاد می شود.

غشا لاستیکی

وظیفه غشا لاستیکی این است که اجازه ندهد آب داخل نمونه نفوذ کند.
پس قبل از استفاده باید آنرا به طور کامل بررسی کنید.
تا در آن ترک ریز یا سوراخ وجود نداشته باشد.
معمولا این کار توسط فرو بردن غشا، و باد کردن آن داخل ظرف پر از آب صورت می گیرد.
قطر انبساط نیافته غشا باید حدود 0.8 قطر نمونه خاک باشد.
طول غشا باید 5 سانتی متر بلندتر از نمونه باشد.
ضخامت غشا نباید بیش از 1 درصد قطر نمونه باشد.

سنگ متخلخل

وظیفه اصلی سنگ متخلخل این است که آب را از خود عبور دهد ولی خاک را عبور ندهد.
این سنگ ها، سنگ هایی دایره ای شکل هستند.
قطر سنگ های متخلخل مساوی قطر نمونه است.
از این سنگ ها، هم در بالا و هم در پایین نمونه استفاده می شود.
لازم است نفوذپذیری سنگ ها اندکی بیشتر از نفوذپذیری خاک باشد.

غشا انداز

همانطور که قبلا گفتیم، قطر غشا لاستیکی اندکی کوچکتر از قطر نمونه است.
پس برای قراردادن غشا دور نمونه لازم است از دستگاهی استفاده کرد.
نام این وسیله غشا انداز است.
غشا انداز یک استوانه فلزی تو خالی است.
قطر داخلی این استوانه اندکی بزرگتر از قطر نمونه است.
غشا داخل استوانه قرار می گیرد.
با اعمال مکش، غشا به دیواره های غشا انداز می چسبد.
نمونه خاک داخل غشا قرار می گیرد.
با قطع کردن مکش، غشا به نمونه خاک می چسبد.

دستگاه اندازه گیری نیرو

نیرویی که توسط جک هیدرولیکی به نمونه وارد می شود، باید توسط ابزاری اندازه گیری شود.
نیروسنج ها معمولا به دو دسته عمده طبقه بندی می شوند:

• رینگ نیرو
• لودسل

رینگ نیرو حلقه ای است که داخلش یک گیج وجود دارد.
با نیرویی که به حلقه وارد می شود، گیج داخلش نیز حرکت می کند.
میزان تغییر شکل گیج ضربدر ضریب رینگ، نیرو وارد شده به نمونه را نشان می دهد.
لودسل ها، فلزاتی S شکلی هستند که نیرو وارد شده به آن را دقیقتر نشان می دهند.
اگر قصد ثبت نیرو را دارید، باید از لودسل استفاده کنید.

دستگاه اندازه گیری تغییر شکل

جک هیدرولیکی سلول سه محوری را بالا می برد.
لازم است این بالا بردن را به نوعی اندازه گیری کنیم.
برای محاسبه و اندازه گیری میزان تغییر شکل نمونه از دو وسیله زیر استفاده می شود:

• گیج
• LVDT

گیج ها وسایلی هستند که با استفاده از عقربه هایی که دارند میزان کرنش را نشان می دهند.
LVDT ها ابزاری برقی هستند که با بالا و پایین رفتن اهرم سوزنی شکل، آن تغییر شکل را ثبت می کنند.

دستگاه اندازه گیری تغییر حجم

معمولا تغییر حجم نمونه از تغییر حجم آب داخل سلول به دست می آید.
چون فرض بر این است که سنگدانه های داخل نمونه تغییر حجم نمی دهند.
پس اگر تغییر حجمی رخ داده باشد، بخاطر تغییرات آب است.
میزان ورود یا خروج آب از داخل سلول سه محوری با استفاده از دستگاه Volume Change قرائت و ثبت می گردد.

تجهیزات تست سه محوری در یک نگاه

به طور کلی وسایل لازم برای انجام آزمایش سه محوری عبارتند از:

1. سلول فشار
2. وسیله ای جهت اعمال نیرو به سلول
3. وسیله ای جهت اصلاح نمونه خاک
4. اره سیمی
5. منبع ایجاد کننده خلا
6. آون
7. کولیس
8. ظرف تبخیر
9. غشا لاستیکی
10. قالبی استوانه ای جهت قرار دادن غشا لاستیکی روی خاک
11. کاغذ صافی برای قرارگیری بر پایین و بالای نمونه.
    این کاغذ صافی جهت وارد نشدن دانه های خاک به سنگ متخلخل است.
    این کاغذهای صافی باعث تسهیل زهکشی نیز می شود.
12. ترازو
13. بورت
    وظیفه بورت اندازه گیری تغییر حجم نمونه است.
14. کش لاستیکی
15. دستگاهی جهت اعمال تنش همه جانبه
16. دستگاهی جهت محاسبه فشار آب حفره ای
17. تشتک فلزی جهت جایگزینی با سنگ های متخلخل
18. زمان سنج
19. قوطی هایی جهت نمونه گیری و تعیین درصد رطوبت
20. وسیله ای جهت اعمال نیرو در حالت کنترل کرنش (پرس)

اکثر تجهیزات فوق را می توانید به صورت دست دوم، در وبسایت نیازمندیهای آزمایش خاک خریداری نمایید.

نحوه ساخت نمونه سه محوری

نمونه سه محوری دارای ویژگی های منحصر به فردی است که ساخت آن را حساس می کند.
لذا برای ساخت آن باید دقت زیادی صرف کرد.
ابتدا ویژگی های یک نمونه سه محوری استاندارد بیان می شود.
در ادامه نحوه ساخت نمونه های دست نخورده و بازسازی شده بیان می شود.

ابعاد نمونه سه محوری

نمونه هایی که برای آزمایش سه محوری ساخته می شوند، استوانه ای شکل هستند.
اما ابعاد آنها چند باشد؟
حداقل قطر نمونه برای تست سه محوری 33 میلی متر است.
قطر بزرگترین دانه خاک، کوچکتر از 0.1 قطر نمونه باشد.
برای نمونه هایی با قطر بیش از 71 میلی متر، حداکثر اندازه سنگدانه ها، یک ششم قطر نمونه باشد.
نسبت ارتفاع به قطر نمونه بین 2 تا 3 باشد.

روش ساخت نمونه دست نخورده

برای ساخت نمونه های دست نخورده از لوله های جدار نازک توخالی استفاده می شود.
روش کلی کار چنین است که این لوله ها را به طور قائم داخل زمین فرو می کنند.
سپس اطراف آنرا خالی می کنند.
لوله ای که حالا پر از خاک است را از زمین بیرون می آورند.
خاک درون لوله را می توان توسط جک های هیدرولیکی خارج کرد.
باید مراقب باشیم جهت خارج کردن نمونه، نیروی زیادی صرف نشود.
چرا که نیروی زیاد، ممکن است موجب متراکم شدن خاک درون لوله شود.
توصیه می شود از نمونه گیرهایی استفاده شود که دو تکه هستند.
قبل نمونه گیری به هم متصل شده و بعد نمونه گیری از هم جدا شوند.

روش ساخت نمونه بازسازی شده

در این روش از ساخت نمونه، خاک را باید بسازیم.
مهمترین نکته در ساخت نمونه آن است که کاری کنیم خصوصیات و ویژگی های نمونه خاک با خاک در محل یکسان باشد.
از این رو درصد رطوبتی را به نمونه میزنیم که قبلا از آزمایش درصد رطوبت خاک به دست آورده بودیم.
مهمترین چالشی که در ساخت نمونه بازسازی شده با آن روبرو هستیم، چگالی خاک است.
چطور می توانیم چگالی نمونه را عینا برابر چگالی خاک محل کنیم؟
اصلا چطور می توان چگالی را در تمام عمق استوانه ثابت نگه داشت؟
این کار عمدتا با استفاده از روش تراکم کاهش یافته صورت می گیرد.
به طوریکه خاک را در چند لایه میریزیم.
ضخامت لایه های زیرین را بیشتر از لایه های بالایی در نظر می گیریم.
اینکار باعث می شود ضخامت لایه ها در انتها تقریبا مساوی شود.
سطوح هر لایه را با جسمی تیز، خراش می دهیم که لایه ها در هم قفل و بست شوند.
در شکل زیر نمایی از یک نمونه سه محوری که به روش بازسازی شده تهیه شده است را مشاهده می کنید

نمونه خاک جهت انجام آزمایش سه محوری

روش انجام آزمایش سه محوری

در آزمایش سه محوری، نمونه ای از خاک را انتخاب می کنیم.
اطراف آن غشا لاستیکی قرار می دهیم.
نمونه خاک درون سلولی قرار می گیرد که توسط آب یا گلیسیرین محصور شده و تحت تنش همه جانبه قرار می گیرد.
علاوه بر این نیرو، یک نیروی قائم نیز به نمونه وارد می شود.
این نیرو به تنش انحرافی معروف است.
آزمایش سه محوری بسته به اینکه شیر خروجی آب در چه وضعیتی باشد به سه دسته کلی تقسیم بندی می شود.
برای اینکه این مقاله خیلی طولانی نشود، جزییات روش انجام هر کدام از این سه آزمایش را در سه مقاله جداگانه مطرح کرده ایم.

آزمایش سه محوری UU

در این آزمایش شیر زهکشی، در تمام مراحل آزمایش بسته است.
نام دیگر این آزمایش، آزمایش سه محوری تحکیم نیافته زهکشی نشده است.
این آزمایش برای خاک های درشت دانه که کاملا اشباع باشد قابل استفاده نیست.
برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید مقاله آزمایش سه محوری به روش UU را ملاحظه نمایید.

تست سه محوری CU

در این حالت، نمونه در ابتدا به صورت کامل تحت تنش همه جانبه تحکیم می شود.
در این شرایط شیر زهکشی باز است.
سپس شیر زهکشی بسته شده و تنش انحرافی اعمال می شود تا اینکه نمونه به گسیختگی برسد.
برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید مقاله آزمایش سه محوری به روش CU را ملاحظه نمایید.

آزمایش سه محوری CD

در این شرایط شیر زهکشی در تمام حالات باز است.
ابتدا نمونه با شیر زهکشی باز، توسط تنش همه جانبه تحکیم می شود.
در مرحله بعد نمونه تحت تنش انحرافی به گسیختگی می رسد.
باید دقت شود که در طول این آزمایش، نیرو ها به کندی و با آرامش به نمونه وارد شود.
تا در اثر اعمال نیروی سریع، در نمونه فشار آب حفره ای ایجاد نشود.
برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید مقاله آزمایش سه محوری به روش CD را ملاحظه نمایید.

فیلم آزمایش سه محوری

در این بخش یک فیلم کامل از انجام آزمایش سه محوری ارائه شده است.

در صورتی که پس از مشاهده این فیلم سوالی داشتید می توانید در بخش نظرات در زیر همین نوشته آن را بیان کنید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه پاسخ شما را خواهند داد.

نکات مهم در آزمایش سه محوری

در ادامه به شرح و تفسیر برخی نکات مهم در خصوص تست یه محوری در خاک ها اشاره می شود.

انواع روش های انجام تست سه محوری

• کنترل تنش:  در این روش وزنه هایی در گام های مساوی به نمونه خاک وارد می شود تا اینکه نمونه به گسیختگی برسد.
• کنترل کرنش: در این روش تغییر شکل محوری به صورت سرعت ثابت بر نمونه اعمال شده و نیرو در هر مرحله قرائت می گردد.

پارامترهای مقاومت برشی خاک ها

1. به دلیل اینکه خاک دارای خاصیت غیرهمسانی است، زاویه گسیختگی از قبل مشخص نیست.
   گسیختگی بر روی ضعیف ترین صفحه صورت می گیرد.
   این یکی از محاسن آزمایش های سه محوری نسب به آزمایش برش مستقیم است که صفحه برش در آن اجباری بود.
2. مقاومت برشی هر خاک وابسته به میزان فشار آب حفره ای ایجاد شده در حین آزمایش دارد.
   در شرایطی که زهکشی در نمونه خاک صورت گرفته باشد، سرعت بارگذاری عامل تاثیر گذار بر مقاومت برشی است.
3. به طور کلی با تغییر درصد رطوبت، مقدار زاویه اصطکاک داخلی (فی) تغییری نمی کند.
   با افزایش درصد رطوبت، مقدار چسبندگی (سی) کاهش می یابد.
4. هر چه اندازه دانه های خاک بزرگتر باشد، مقدار زاویه اصطکاک داخلی (فی) افزایش می یابد.
5. در آزمایش های سه محوری، مقدار چسبندگی خاک بستگی به تحکیم یافته یا تحکیم نیافته بودن نمونه خاک خواهد داشت.
6. در خاک های دانه ای به دلیل نفوذپذیری بالا، فشار آب حفره ای به سرعت زائل می شود.
   لذا برای تحلیل اینگونه خاک ها باید از آزمایش های سه محوری زهکشی شده استفاده شود.
   از سویی دیگر خاک های رسی ضریب گذردهی کمی برای آب دارند.
   لذا فشار آب حفره ای در آن ها ایجاد می شود.
   بهتر است برای این خاک ها از تست های سه محوری زهکشی نشده استفاده شود.

تفاوت در انواع آزمایش های سه محوری

1. در آزمایش سه محوری تحکیم نیافته زهکشی نشده UU قطر بزرگترین دانه باید کوچکتر از 0.1 قطر نمونه باشد.
2. در آزمایش های CU و CD برای خاک های عادی تحکیم یافته مقدار C=0 است.
   برای خاک های بیش تحکیم یافته مقدار C>0 می باشد.
3. آزمایش تک محوری حالت خاصی از آزمایش UU است.
4. در آزمایش UU بر روی خاک های غیراشباع، پوش دایره مور به صورت منحنی می باشد.
5. در خاک های خشک، نتایج پارامترهای مقاومت برشی در تمامی آزمایش های سه محوری UU و CU و CD یکسان است.
6. در خاک های اشباع و یا غیراشباع دانه ای، زاویه اصطکاک داخلی با زاویه اصطکاک داخلی در حالت خشک برابر است.
   مگر اینکه خاک بسیار ریزدانه باشد و یا کرنش با نرخ بالایی صورت گیرد.
7. در آزمایش سه محوری UU مقدار زاویه اصطکاک داخلی برابر صفر است.
   اما در آزمایش سه محوری CU این مقدار ناچیز است.

نکات اجرایی در تست سه محوری

1. قطر غشا باید بیشتر از 0.75 قطر نمونه باشد.
2. غشا لاستیکی نباید سوراخ باشد.
3. سرعت بارگذاری مناسب، به اندازه نمونه و قطر ذرات بستگی داشته و مقدار استانداردی ندارد.
   این مقدار با سعی و خطا بدست می آید.
4. برای اشباع سازی نمونه از تکنیک پس فشار استفاده می شود.
5. قطر نمونه بر اساس قطر بزرگترین دانه انتخاب گردد.
6. در اغلب موارد آزمایش سه محوری به صورت کنترل کرنش صورت می گیرد.
   آزمایش کنترل تنش، عمدتا برای تحلیل روانگرایی خاک ها استفاده می شود.
7. آزمایش سه محوری، زمانی به انتها می رسد که نیرو به جای افزایشی، حالت کاهشی به خود می گیرد.
   حالت دوم اتمام آزمایش، زمانی است که نمونه تا بیست درصد کرنش را تجربه نماید.
8. نمونه خاک نباید دارای شکستگی یا ترک خوردگی باشد.

تخمین پارامترهای مقاومت برشی

گاهی به دلیل گران قیمت بودن انجام آزمایش سه محوری و یا به دلیل وجود اشکالاتی در دستگاه سه محوری، امکان انجام آزمایش وجود ندارد.
در این شرایط می توانیم از نتایج آزمایش های قبلی که بر روی انواع خاک ها صورت گرفته است استفاده کرد.
همچنین گاهی امکان دارد آزمایش سه محوری بر روی خاک خاصی انجام داده باشیم و بخواهیم از صحت آزمایش های انجام شده مطمئن شویم.
در این حالت نیز می توانیم از جداول ارائه شده در بخش آزمایش برش مستقیم استفاده کرد.
شایان ذکر است که این نتایج تقریبی بوده و صرفا جهت تخمین زدن و برآورد کلی مناسب است و استفاده از آنها جهت طراحی توصیه نمی گردد.

در خصوص آزمایش سه محوری سوالی دارید؟

در صورتی که پس از مطالعه این مطلب سوالی در ذهنتان پیش آمد و یا در خصوص نحوه انجام این تست آزمایشگاهی پرسشی دارید، می توانید در بخش دیدگاه ها، زیر همین نوشته، سوال خود را مطرح نمایید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه پاسخ شما را خواهند داد.

آزمایش تحکیم خاک یکی از مهمترین آزمایش های مکانیک خاک است.
فرض کنید زمینی دارید که سطح آب زیرزمینی در آن بالاست.
جنس زمین هم از خاک رس است.
با استفاده از تست تحکیم خاک، می توانید پیش بینی کنید که پس از ساخت ساختمان، آن زمین چند سانتی متر نشست می کند.
در این مقاله با مفهوم آزمایش تحکیم و نحوه صحیح انجام این تست آزمایشگاهی آشنا خواهید شد.

مفهوم تحکیم خاک

تجکیم یعنی کاهش حجم خاک در اثر خروج آب از داخل خاک.
در خاک های درشت دانه خروج آب در اثر بارگذاری خیلی سریع رخ می دهد.
از این رو تکلیفمان زود مشخص می شود.
اما در خاک های ریزدانه رسی خروج آب خیلی کند صورت می گیرد.
دلیل آن نفوذپذیری بسیار کم خاک های ریزدانه است.
اینکه نمی دانیم چه مدت طول می کشد تا آب داخل خاک خارج شود، کار را برایمان سخت می کند.
فرض کنید قرار است ساختمانی روی یک خاک رسی کاملا اشباع بسازید.
چطور می توانید پیش بینی کنید، زمین شما بعد ساخت چند سانتی متر نشست می کند؟
اصلا این نشست بعد یک ماه رخ می دهد یا یکسال؟
راه حل های زیر برای پاسخگویی به سوالات بالا ممکن است به ذهن خطور کند:

• میزان نشست در زمین های مشابه، که روی آن ساختمان ساخته شده را اندازه بگیرید.
• ساختمان را بسازید و پس از ساخت ساختمان، میزان نشست را اندازه گیری کنید.
  حین ساخت هم توکل به خدای بزرگ کنید که یه وقت میزان نشست از مقدار مجاز بیشتر نشود!
• برای روی نمونه کوچکی از خاک آن زمین آزمایش انجام دهید، تا ببینید میزان تغییر حجم در اثر بارگذاری چقدر است.

در فیلم زیر، مفهوم تحکیم با ارائه مثال هایی بیان شده است.
در ادامه این فیلم، اثرات تحکیم بر ساختمان ها و در انتها روش های کاهش اثرات مخرب تحکیم، بیان می شود.

آزمایش تحکیم آزمایشی است که به ما نشان می دهد بعد ساخت سازه روی هر خاکی، آن زمین چه میزان نشست می کند؟
و آن نشست را در چه مدتی انجام خواهد داد.

وسایل ازمایش تحکیم خاک

برای انجام تست تحکیم در خاک ها، لازم است تجهیزات زیر را در آزمایشگاه خود داشته باشید.
این تجهیزات را می توانید به صورت دست دوم در سایت بازار خاک خریداری نمایید.

دستگاه تحکیم

دستگاهی است جهت اعمال بار محوری به خاک.
وزنه های این دستگاه باید نیروی اعمالی به نمونه را در مدت زمان طولانی به صورت ثابت نگه دارند.
باید دقت شود که تعویض وزنه روی دستگاه تحکیم، باید در سریعترین زمان و بدون اعمال ضربه صورت گیرد.

محفظه تحکیم

شامل ظرف استوانه ای شکل پلاستیکی است که حلقه فلزی را در خود جای داده است.
داخل آن از آب پر می شود تا نمونه خاک، همیشه اشباع باشد.
این محفظه را می توان به بدنه اصلی متصل کرد یا توسط گیره هایی به طور موقت چسباند.
گاهی داخل این محفظه پیزومتر قرار می گیرد که به راحتی بتوان سطح آب داخل محفظه را مشاهده کرد.
در شکل زیر نمایی از محفظه تحکیم خاک را مشاهده می کنید (وسط تصویر زیر).

تجهیزات آزمایش تحکیم خاک

سنگ متخلخل

سنگ هایی است جهت عبور آب و ممانعت از حرکت خاک که در بالا و پایین نمونه قرار داده می شوند.
قطر سنگ بالایی و پایینی باید برابر باشند.
هر دوی آنها قطری معادل 0.2 تا 0.5 میلی متر کمتر از حلقه فلزی باشد.
ضخامت آنها باید طوری باشد که تحت بارگذاری نشکند یا ترک نخورد.
قبل از مصرف 10 دقیقه در آب جوشانده شود.
پس از جوشاندن و تا قبل از مصرف داخل آب بماند.
سنگ های متخلخل همیشه باید تمیز و عاری از گرد و خاک باشند.
توصیه می گردد بین نمونه خاک و سنگ متخلخل از فیلتر کاغذی استفاده شود.
در شکل بالا نمایی از سنگ متخلخل را مشاهده می کنید (سمت چپ تصویر بالا).

صفحه بارگذاری

صفحه ای فلزی است که در بالای سنگ متخلخل قرار میگیرد.
هدف از به کارگیری آن، این است که سنگ متخلخل حین بارگذاری آسیب نبیند.
قطر صفحه بارگذاری مساوی قطر سنگ متخلخل بالایی است.
در شکل بالا نمایی از صفحه بارگذاری را مشاهده می کنید (سمت راست تصویر بالا).

حلقه فلزی

از جنس فلز برنج یا هر فلز دیگری که دچار زنگ زدگی نمی شود، ساخته شده و وظیفه آن در برگیری نمونه خاک است.
حلقه ای که استفاده می کنید باید صلب و غیرقابل تغییر شکل باشد.
طبق استاندارد، صلبیت حلقه باید به اندازه ای باشد که تحت بیشترین بارگذاری، حداکثر 0.04 درصد قطر خود تغییر شکل دهد.
جنس داخل حلقه باید طوری باشد که اصطکاک زیادی با خاک داخل آن نداشته باشد.

گیج اندازه گیری

لازم است دقت این گیج 0.0025 میلی متر باشد.

ابزار تراش نمونه

وسیله ای است که به کمک آن می توان نمونه دست نخورده تهیه کرد و در داخل حلقه قرار داد.
این وسیله یک حلقه استوانه ای با لبه تیز است که داخل خاک فرو می رود.
سپس نمونه را هم قطر با حلقه فلزی تهیه می کند.
در برخی از مواقع می توان از همان حلقه فلزی به عنوان ابزار تراش نمونه استفاده کرد.
سطح داخلی تراش دهنده نمونه، باید با موادی اندود شده باشد که اصطکاک کمی با نمونه خاک داشته باشد.

سایر وسایل

وسایل عمومی آزمایشگاهی همچون ترازو، گرمخانه، اره سیمی، کاردک، قوطی های آزمایش درصد رطوبت و … .

تهیه نمونه خاک برای آزمایش تحکیم

اصولا برای انجام تست تحکیم، از نمونه خاک های دست نخورده استفاده می شود.
هر چند انجام آزمایش بر روی نمونه های دست خورده هم امکانپذیر است، اما نتایج ممکن است بسیار متفاوت از نمونه های واقعی شود.
نمونه تهیه شده، باید شرایط زیر را داشته باشد:

• حداقل قطر نمونه 50 میلی متر یا دو اینچ باشد.
• کمینه ضخامت نمونه 13 میلی متر یا 1.5 اینچ باشد.
  این ضخامت، نباید از ده برابر قطر درشت ترین دانه خاک کمتر باشد.
• حداقل نسبت قطر به ضخامت در نمونه، 2.5 باشد.

جهت تهیه نمونه با مشخصات بالا، از ابزار تراش نمونه که در بخش قبل راجع به آن صحبت کردیم استفاده می شود.
ابزار تراش را به آرامی داخل خاک فرو ببرید.
سپس نمونه داخل خاک را داخل محفظه تست تحکیم قرار دهید.
دقت کنید در حین تهیه نمونه هیچگونه دست خوردگی در خاک ایجاد نشود.
خاک های آلی، خاک های حساس و مسئله دار، به دلیل اینکه به راحتی خرد می شوند، باید مستقیما از محل نمونه گیری صحرایی به دستگاه تحکیم منتقل شند.

روش انجام آزمایش تحکیم مکانیک خاک

آزمایش تحکیم خاک بر اساس استاندارد ASTM D 2435 انجام می شود.
روش گام به گام انجام آزمایش تحکیم به شرح زیر است:

استقرار دستگاه و ملحقات

دستگاه تحکیم، طوری مستقر شود که نمونه در حین آزمایش خواص خود را از دست ندهد.
سنگ های متخلخل و سایر صفحات برای خاک های متورم شونده کاملا خشک باشد.
این اجزا برای خاک های اشباع، مرطوب باشند.
نمونه را داخل حلقه قرار دهید.
صفحات فلزی و سنگ متخلخل را روی آن سوار کنید.
حد فاصل بین حلقه تحکیم و دستگاه، دارای واشر لاستیکی باشد.
بدون واشر لاستیکی اشباع، نگه داشتن نمونه حین آزمایش، امکانپذیر نیست.
روی نمونه، خاک کاغذ صافی قرار بدید.
بر روی کاغذ، سنگ متخلخل بگذارید.
صفحه بارگذاری را روی سنگ متخلخل قرار بدید.
اگر نمونه اشباع دست نخورده بود و یا خاک نمونه گیری شده از زیر سطح آب زیرزمینی باشد، در ظرف استوانه ای آب ریخته تا نمونه اشباع گردد.
اطراف محفظه را پر از آب کنید.
حال دستگاه شما آماده انجام آزمایش است.

بارگذاری

دستگاه تحکیم را در بخش بارگذاری قرار داده و باری معادل 0.25 کیلوپاسکال بر آن اعمال نمایید.
به محض اعمال این بار، جابجایی انجام شده را قرائت و یادداشت نمایید.
سپس بار مختلف به نمونه اعمال کرده و جابجایی متناظر با آن را بدست آورید.
افزایش بارگذاری هر 24 ساعت یکبار باشد.
این بارگذاری ها فشاری معادل 5، 10، 20، 40، 80 کیلوپاسکال بر خاک اعمال می کنند.
اگر هدف به دست آوردن خصوصیات بیش تحکیمی خاک باشد، باید بارگذاری تا چهار برابر فشار بیش تحکیمی ادامه یابد.
اما اگر هدف به دست آوردن پارامترهای تورمی خاک باشد، لازم است حداقل یک مرتبه باربرداری صورت گیرد.

قرائت گیج

تغییر ضخامت خاک در حداقل سه دوره بارگذاری را قرائت نمایید.
این قرائت ها در فواصل زمانی 0.1 ، 0.25، 0.5، 2، 4، 8، 15، 30 دقیقه و 2، 4، 8، 16، 18 و 24 ساعت صورت گیرد.
بار روی نمونه خاک آنقدری می ماند تا فشار آب حفره ای داخل خاک کاملا از بین برود.
با توجه به اینکه ابزاری برای سنجش فشار آب حفره ای داخل خاک وجود ندارد، معمولا این زمان را 24 ساعت در نظر میگیریم.
اگر قصد ترسیم منحنی تغییر ضخامت در برابر ریشه زمان باشد، توصیه می گردد اعداد را طوری انتخاب کنید که محاسبات آن ساده تر باشد.
مثلا 0.09، 0.25، 0.49، 1، 4، 9 دقیقه و به همین ترتیب تا حدود 24 ساعت.
اگز قصد بررسی خواص تورمی خاک ها را داشتید، بر عکس بارگذاری، باربرداری انجام دهید.
باربرداری طوری صورت گیرد که فشار روی نمونه، یک چهارم مرحله قبل باشد.

خارج کردن نمونه

پس از خاتمه آزمایش و جهت جلوگیری از تورم ناشی از باربرداری، بهتر است نمونه تحت فشار کم قرار گیرد.
نمونه را به دقت از حلقه خارج کرده آنرا وزن نمایید.
اطراف آنرا با استفاده از پارچه خشک نمایید.
مطابق با دستور العمل آزمایش درصد رطوبت خاک، درصد رطوبت آنرا تعیین کنید.

محاسبات

با محاسبه فشار اعمالی و تخلخل هر مرحله از بارگذاری، می توان نمودار تحکیم را ترسیم کرد.
با استفاده از شیب نمودار در بخش های مختلف می توان پارامترهایی همچون Cc، Cs و Cr را بدست آورد.
امروزه این محاسبات توسط نرم افزارهای آزمایشگاه خاک انجام می شود.

در ویدئوی زیر نحوه انجام آزمایش تحکیم در خاک ها با یک انیمیشن کوتاه شرح داده شده است.
دیدن آن شما را با این آزمایش بهتر آشنا می کند.

گزارش کار آزمایش تحکیم خاک

یکی از آزمایش هایی که در کلاس درس آزمایشگاه مکانیک خاک در دوره لیسانس رشته مهندسی عمران تدریس می شود، تست تحکیم خاک است.
استاد مربوطه وقتی این آزمایش را تدریس می کند، از دانشجویان گزارش کار می خواهد.
در این بخش یک نمونه گزارش کار آزمایش تحکیم خاک برایتان آماده کرده ایم.
با کلیک روی لینک آبی رنگ زیر، می توانید آنرا به صورت رایگان دانلود نمایید.

نکات تکمیلی در خصوص تست تحکیم خاک

در این بخش مواردی را مطرح می کنیم که به صورت مستقیم به آزمایش تحکیم مربوط نیست.
اما دانستن آن هم خالی از لطف نمی باشد.
این موارد عبارتند از:

فرضیات تئوری تحکیم ترزاقی

• خاک همگن است
• خاک اشباع است
• زهکشی و تراکم در خاک به صورت یک بعدی است.
• خواص خاک در تمام خاک ثابت است.
• منحنی تنش-تخلخل به صورت یک خط راست است.

به دلیل به کارگیری حلقه فلزی ثابت یا شناور اطراف نمونه خاک، در آزمایش تحکیم تغییر شکل جانبی صفر است.
در واقع تمامی تغییر شکل خاک، در راستای عمودی رخ می دهد.
نمونه هایی که در آزمایش تحکیم مورد استفاده قرار می گیرند ضخامت 20 الی 40 میلی متر و قطر 45 تا 135 میلی متر دارند.
در برخی از آزمایش های تحکیم، فشار آب حفره ای قابل کنترل است.
این دستگاه ها امکان اعمال پس فشار نیز دارند.

حالات مختلف زهکشی در خاک

• زهکشی از بالا
• زهکشی از بالا و پایین
• زهکشی از جدار حلقه
• زهکشی از مرکز حلقه به صورت شعاعی

در خصوص آزمایش تحکیم سوالی دارید؟

در صورتی که پس از مطالعه مطالب بالا سوالی در ذهنتان ایجاد شد و یا از روند انجام آزمایش تحکیم خاک پرسشی دارید، می توانید سوال خود را در بخش دیدگاه های همین نوشته آن را مطرح کنید.
کارشناسان ما کمتر از چند دقیقه پاسخ شما را خواهند داد.

آزمایش بارگذاری صفحه یا PLT یکی از آزمایش های پیشرفته ژئوتکنیک است که از نتایج آن اطلاعات زیادی از خاک محل به دست می آید.
در این تست، صفحه ای روی زمین قرار گرفته و روی آن بارگذاری می شود.
این تست، اطلاعات مفیدی مثل ظرفیت باربری، مدول الاستیسیته، مدول عکس العمل بستر و غیره را در اختیار ما قرار می دهد.
در این نوشتار کوتاه شما را با این آزمایش آشنا می کنیم.

تجهیزات تست بارگذاری صفحه

تجهیزات انجام آزمایش بارگذاری صفحه، عبارتند از:

• صفحه فولادی
  قطر صفحات بین 30 تا 75 سانتیمتر باشد.
  برای جلوگیری از خم شدن، صفحات با قطرهای مختلف روی هم قرار می گیرد.
  صفحه با قطر کمتر، روی صفحه با قطر بیشتر.
  ضخامت هر صفحه فولادی 2.5 سانتی متر می باشد.
• جک هیدرولیکی
• گیج اندازه گیری فشار قائم
• گیج اندازه گیری نشست

روش انجام آزمایش بارگذاری صفحه

استاندارد انجام این آزمایش ASTM D1194 است.
پس از آنکه تجهیزات آزمایش را مطابق بخش قبلی آماده کردید، می توانید تست بارگذاری صفحه را به شرح زیر انجام دهید.
در تهیه مستندات فیلم آزمایش های برجا (شامل آزمایش برش برجا و بارگذاری صفحه و دیگر آزمایش های مشابه) می بایست فیلم برداری بصورت پیوسته، با تطبیق آدرس از بیرون ملک و نمایش تابلو با درج اطلاعات کامل مشخصات پروژه و شرکت، کارشناس مربوطه و نوع آزمایش آغاز گردد.
سپس مراحل آزمایش نمایش داده شود.
مراحل گام به گام تست بارگذاری صفحه بدین شرح است:

1- حفر چاه دستی

برای انجام تست بارگذاری صفحه نیاز به حفر چاه تا تراز پی دارید.
چرا که بار ساختمان قرار است روی تراز پی زمین وارد شود.
قطر چاه قائمی که حفاری شده، باید 4 الی 5 برابر قطر بزرگترین صفحه فولادی باشد.
در صورتیکه بخواهید نیرو قائم را از عکس العمل سقف تامین کنید، باید در دل زمین گالری حفر نمایید.
گالری حفر شده به شکل تنور سنگک است.
عمدتا ابعادی به اندازه 1.5 در 1.5 در 3 متر دارد.
گالری همان چاه دستی است که به صورت افقی حفاری شده باشد.
حفاری گالری عمدتا گران تر از هزینه حفاری چاهک دستی قائم است.
کف چاهک باید کاملا مسطح باشد تا نیرو به صورت متوازن روی زمین پخش شود.

2- نصب تجهیزات

در گام دوم باید تجهیزات آزمایشی را روی سطح زمین قرار دهید.
صفحات دایره ای شکل را روی زمین بگذارید.
اهرم آن را به سقف متصل نمایید.
سه حسگر نشست را روی صفحه دایره ای قرار دهید.
به طوری که با یکدیگر زاویه 120 درجه ای بسازند.
حسگر ها می توانند به صورت گیج یا LVDT باشند.
در هر صورت، حساسیت این حسگرها کمتر از 0.25 میلی متر نباشد.

3- بارگذاری

بار طراحی پی را به پنج قسمت تقسیم کنید.
پنج قسمت بار را به صورت مرحله ای به صفحه بارگذاری وارد نمایید.
هر مرحله از بارگذاری را تا جایی ادامه دهید که نشست صفحه، کمتر از 0.004 میلی متر در دقیقه شود.
حداقل زمان هر گام بارگذاری نیز 60 دقیقه است.
در حین بارگذاری، میزان نشستی که گیج ها نشان می دهند را هر 0.25 میلی متر یکبار ثبت کنید.

4- باربرداری

پس از پایان مراحل بارگذاری، نوبت به باربرداری است.
بارهایی که در مرحله قبل به جک اعمال کرده بودید را در این مرحله از روی جک بردارید.
در هر مرحله نیز میزان تورم را ثبت کنید.

5- رسم نمودار

در مراحل قبلی، بارگذاری کردیم و نشست متناظر با آنرا یادداشت کردیم.
حال در یک صفحه، نمودار تست بارگذاری همانند شکل زیر را طوری ترسیم می کنیم که محور افقی نمودار فشار باشد.
محور عمودی نمودار نیز میزان نشست یا تورم حاصل از بارگذاری یا باربرداری است.
در شکل زیر، یک نمونه نمودار آزمایش بارگذاری صفحه ای را مشاهده می کنید.

آزمایش بارگذاری صفحه

همانطور که در شکل بالا ملاحظه می کنید، این آزمایش هم بارگذاری داشته و هم باربرداری.
در قسمت های بعدی خواهیم گفت که از این نمودار چه استفاده هایی می شود.

انواع ازمایش بارگذاری صفحه

هر آزمایش ژئوتکنیکی، بسته به شرایط محلی در آن کشور ممکن است دستخوش تغییراتی گردد.
در ادامه چند مورد از روش های متداول انجام این تست صحرایی، بیان می شود.

1- بارگذاری صفحه در گمانه دستی

متداول ترین روش انجام آزمایش بارگذاری صفحه، در پروژه های معمول ساختمان سازی در شهر تهران است.
در این روش تراز قرارگیری صفحه، همان تراز کف گالری است.
هدف از حفر گالری، گیردار کردن قسمت بالایی جک هیدرولیکی به سقف است.
ابعاد مناسب گالری 1*2*0.8 متر یا 1.5*1.5*3 متر می باشد.

2- انجام تست در ترانشه خاکی

در این روش، تراز قرارگیری صفحه همان تراز کف گالری است.
هدف از حفر گالری، مهیا کردن شرایطی است که بتوان جک هیدرولیکی را نصب کرد.
گالری به شکل کله قندی و با ابعاد 1 در 2 در 0.8 متر حفاری می شود.
انجام آزمایش در ترانشه خاکی، حالت خاصی از انجام تست بارگذاری صفحه در گمانه دستی است.

3- انجام آزمایش در کف چاه

در روش سوم، برای ثابت کردن و گیرداری جک هیدرولیکی، از یک تیر بلند یا کامیون و یا هر جسم سنگین دیگر همچون کیسه های سیمان استفاده می شود.

4- آزمایش بارگذاری صفحه پیچشی

یکی دیگر از انواع آزمایش های بارگذاری، انجام تست بارگذاری صفحه پیچشی است.
در این روش به جک هیدرولیکی، پره ای مشابه اوگر وصل می کنند.
سپس آنرا با میله ای که به آن وصل شده است به داخل خاک می برند.
با این روش می توان در هر عمقی تست بارگذاری انجام داد.
حسن دیگر این روش، این است که در زیر سطح آب زیرزمینی نیز قابل انجام است.

کاربردهای تست بارگذاری صفحه

از آزمایش بارگذاری صفحه، برای به دست آوردن برخی خصوصیات خاک استفاده می شود.
این خصوصیات عبارتند از: ظرفیت باربری، مدول عکس العمل بستر، محاسبه نشست پی، مدول الاستیسیته و … .
در ادامه به تشریح برخی از این کاربردها می پردازیم:

1- ظرفیت باربری

مقدار ظرفیت باربری در خاک های رسی، مستقل از ابعاد پی است.
لذا هنگام انجام آزمایش بارگذاری بر خاک های رسی، همان مقدار حاصله را می توان ظرفیت باربری پی اصلی دانست.
البته این موضوع صرفا برای رس های اشباع صادق است.
در خاک های رسی کاملا اشباع، زاویه اصطکاک داخلی صفر است.
لذا مقدار جمله اول در رابطه ظرفیت باربری ترزاقی و هانسن صفر می شود.
برای خاک های دیگر که فی و سی دارند، نمی توان مقدار ظرفیت باربری را عینا برابر مقدار برآمده از بارگذاری دانست.
در اینگونه خاک ها، مقدار ظرفیت باربری بدست آمده از صفحه، به نسبت طول پی به طول صفحه بزرگ می شود.
اگر این آزمایش بر روی صفحاتی با اندازه واقعی پی صورت گیرد، مستقیما ظرفیت باربری حاصل می شود.
اما این کار در خیلی از مواقع مقرون به صرفه نیست.
چرا که نیاز به بارهای عظیم و بزرگ دارد.
در این شرایط تجهیزات بزرگی جهت انتقال این بار عظیم نیز لازم است که به پیچیدگی های کار می افزاید.
چاره کار آن است که از صفحاتی با اندازه های کوچکتر استفاده شود.
از این رو  از صفحاتی با اندازه های کوچکتر از پی اصلی در آزمایش بارگذاری صفحه استفاده می شود.
سپس با اعمال یک سری ضرایب خاص، اعداد ظرفیت باربری پی اصلی محاسبه می گردد.

2- محاسبه نشست پی

نشست پی ها به طور غیر مستقیم از ظرفیت باربری به دست می آید.
اگر مقدار ظرفیت باربری مشخص بود، می توان نشست متناظر با آن را نیز محاسبه کرد.
پس از محاسبه میزان نشست در صفحه، لازم است آنرا با ضرایب تبدیلی به نشست در پی اصلی ارتباط داد.
برای ایجاد این ارتباط روابط گوناگونی ارائه شده است.
معروف ترین آن ها روابطی است که توسط پک و ترزاقی ارائه شده است.
این رابطه ها برای خاک های ریزدانه و درشت دانه دو مقدار متفاوت پیشنهاد می کند.

3- محاسبه مدول الاستیسیته

یکی از کاربرد های آزمایش Plate Load Test محاسبه مقدار E یا مدول الاستیسیته در خاک هاست.
علاوه بر آزمایش پرسیومتری و آزمایش دایلاتومتری، از آزمایش بارگذاری صفحه هم می توان نتایج خوب و واقع بینانه ای انتظار داشت.
مقدار این پارامتر از فرمولی که در استاندارد BS 5930:1981 ارائه کرده است به دست می آید.
برای کنترل نتایج خود، می توانید مقادیر مدول الاستیسیته را با استفاده از جدول زیر نیز مقایسه کنید.

منبع جدول بالا کتاب مکانیک خاک پایه نوشته میرحسینی و همکاران می باشد.

4- تعیین مقاومت برشی خاک

هر چند روش اصلی بدست آوردن مقاومت برشی انجام آزمایش سه محوری است، از تست بارگذاری صفحه نیز می توان جهت تخمین مقاومت برشی در خاک های رسی زهکشی نشده استفاده کرد.
در این حالت نباید بار اعمالی به صورت مرحله به مرحله اعمال شود.
لازم است بار با یک آهنگ یکنواخت به صفحه اعمال شود.
سپس با استفاده از رابطه ای که کلیتون در سال 1991 ارائه کرده است می توان مقدار مقاومت برشی زهکشی نشده (Cu) را به دست آورد.

5- تخمین مدول عکس العمل بستر (Ks)

مدول عکس العمل بستر مقدار تنشی است که به صورت کاملا قائم به بستری وارد می شود که موجب تغییر شکل به اندازه یک واحد در آن می شود.
گاهی امکان انجام آزمایش صحرایی بارگذاری صفحه امکان پذیر نیست.
و یا اینکه انجام آن مقرون به صرفه نمی باشد.
در این شرایط می توانیم از نتایج آزمایش های قبلی استفاده نماییم.
یکی از خروجی های آزمایش بارگذاری صفحه ای، مدول عکس العمل بستر است.
در صورتی که بخواهیم تقریبی از خاک محل بدست آورده و یا نتایج آزمایش خود را صحت سنجی کنیم، می توانیم از جدول زیر استفاده نماییم.

خطاهای معمول در تست بارگذاری صفحه

خطا در انجام آزمایش های مکانیک خاک امری غیرقابل اجتناب است.
برخی از این خطاها تاثیر زیادی در صحت نتایج داشته و برخی دیگر تاثیر کمتر دارند.
در این بخش چهار مورد از خطاهای رایج در آزمایش Plate Load Test بیان می شود.
سپس راهکارهایی جهت کاهش اثرات خطا معرفی می گردد.

1- عدم رعایت فاصله تا دیوار

عدم رعایت فاصله صفحه بارگذاری تا دیوار ترانشه، اصلی ترین عامل ایجاد خطا در نتایج آزمایش بارگذاری می باشد.
در آزمون هایی که در گمانه دستی یا ترانشه انجام می شود، این خطا غیرقابل اجتناب است و همواره وجود دارد.

2- تکیه گاه انعطاف پذیر

لازم است محل قرارگیری جک هیدرولیکی، کاملا صلب باشد تا مانع از حرکت یا جابجایی شود.
اگر به جای تکیه گاه صلب از محل گیرداری انعطاف پذیر استفاده شود، در نتایج آزمایش خطا ایجاد می شود.
این شرایط برای مواقعی پیش می آید که هنگام حفر گمانه دستی، از سقف گالری به عنوان تکیه گاه استفاده می شود.
سقف گالری محیطی انعطاف پذیر است.
چرا که با اعمال فشار متراکم می شود.

3- عمق آزمایش بارگذاری صفحه

آزمایش بارگذاری صفحه را نباید در اعماق زیاد زمین انجام داد.
هنگامی که آزمایش بارگذاری در گمانه دستی و در گالری انجام می شود، در اعماق زیاد گوه های گسیختگی بر روی نتایج آزمایش تاثیر می گذارد.

4- ضرایب تبدیل نا معتبر

هنگام تبدیل نتایج آزمایش برآمده از یک صفحه 30 در 30 به نتایج یک پی واقعی، از ضرایب تبدیلی استفاده می شود.
این ضرایب تبدیل، برای یک خاک خاص تحت یک شرایط خاص به دست آمده است.
نمی توان آن را برای تمامی خاک ها معتبر دانست.
استفاده از این ضرایب تبدیل نامعتبر می تواند موجب خطا در تست بارگذاری شود.

قیمت آزمایش بارگذاری صفحه (آپدیت 1404)

در حال حاضر قیمت انجام تست بارگذاری صفحه به همراه حفر گالری با ابعاد 1.5*1.5*4 متر، شصت تومان می باشد.
این قیمت برای شهر تهران است و ممکن است در شهر شما متفاوت باشد.
هزینه انجام آزمایش بارگذاری صفحه، همانند تمامی آزمایش های دیگر ژئوتکنیکی تابع عوامل مختلفی است و ثابت نمی باشد.
از مهمترین عوامل موثر در قیمت تست بارگذاری، محل انجام آزمایش، فصل انجام آزمایش و… می باشد.
در صورتی که قصد انجام آزمایش بارگذاری صفحه، در محل پروژه خود را دارید با ما تماس بگیرید و از آخرین قیمت ها با خبر شوید.
علاوه بر شرکت ما، سایر پیمانکاران تست بارگذاری صفحه را می توانید در بازار خاک ، سایت نیازمندیهای آزمایش خاک و ژئوتکنیک پیدا کنید.

در خصوص تست بارگذاری سوالی دارید؟

در صورتی که با مطالعه مطالب بالا سوالی در ذهنتان به وجود آمده است و یا در خصوص روند آزمایش و یا مفهوم تست بارگذاری صفحه سوالی دارید، می توانید در بخش دیدگاه ها، در زیر همین پست آن را مطرح نمایید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه پرسش شما را جواب خواهند داد.

آزمایش تراکم خاک، با هدف به دست آوردن وزن مخصوص خشک حداکثر و درصد رطوبت بهینه انجام می شود.
مهندسین ژئوتکنیک دریافته اند که اگر هنگام متراکم کردن به خاک مورد نظر آب اضافه کنند، این عملیات راحت تر انجام می شود.
افزودن رطوبت، موجب روغنکاری و آسان شدن تراکم می شود.
اما اگر مقدار آب از حدی بیشتر شود، چگالی خاک کاهش می یابد و تراکم به خوبی صورت نمی گیرد.
پس یک درصد رطوبت بهینه ای وجود دارد که ما در واقع دنبال به دست آوردن آن هستیم.
در این نوشتار شرح کامل این تست آزمایشگاهی خدمت شما مهندسین گرامی ارائه می گردد.

تراکم خاک

قبل از هر چیز لازم است با مفهوم تراکم خاک آشنا شوید و تفاوت های تحکیم و تراکم را بدانید.
تراکم به معنای کاهش حجم خاک در اثر خروج هواست.
تحکیم به معنای کاهش حجم خاک در اثر خروج آب است.
در ادامه راجع به مفهوم تراکم خاک بیشتر صحبت می کنیم.

فیلم آزمایش تراکم خاک

در این بخش، فیلم کاملی از روند انجام آزمایش تراکم خاک برای شما مهندسین گرامی تهیه شده است.
در این ویدئو کوتاه تجهیزات کامل این آزمایش معرفی شده و سپس یک آزمایش واقعی بر روی نمونه خاک انجام می شود.
این فیلم برای اولین بار دوبله شده و به زبان فارسی ارائه می شود.

کاربرد تست تراکم خاک

در ساخت بسیاری از پروژه های ژئوتکنیکی لازم است خاک را متراکم نمود.
به عنوان مثال هنگام ساخت پروژه ای همچون ساخت باند فرودگاه و یا راهسازی به نقاطی برخورد می کنیم که خاک نسبتا ضعیفی دارند.
لازم است این خاک ها را متراکم نمود تا به چگالی و تراکم مد نظر ما برسند.
این تراکم توسط غلتک های مختلفی انجام می شود که متداول ترین آنها، غلتک های چرخ استوانه ای صاف، غلتک پاچه بزی، غلتک های چرخ لاستیکی، غلتک های ارتعاشی و… هستند.
عمق تاثیر تراکم، تابع وزن غلتک و نوع خاک است.

به طور کلی تراکم خاک برای رسیدن به اهداف زیر انجام می شود:

• افزایش ظرفیت باربری خاک
• کاهش نشست پذیری خاک
• افزایش مدول الاستیسیته و مدول عکس العمل بستر
• پایداری بیشتر شیروانی های خاکی

وسایل آزمایش تراکم

• قالب مخصوص تراکم
• حلقه متحرک دور قالب
• چکش مخصوص آزمایش تراکم
• اسپری آب پاش
• الک شماره چهار
• چکش لاستیکی
• پیمانه
• تابه بزرگ برای مخلوط کردن
• تیغ تیز یا چاقویی به طول حداقل 25 سانتی متر
• آون
• ترازو
• دستگاه های مخلوط کن خاک

روش انجام ازمایش تراکم خاک

آیین نامه تراکم خاک بر اساس استاندارد ASTM D 698 صورت میگیرد.
در این بخش به تشریح آزمایش پروکتور استاندارد پرداخته می شود.
انواع دیگر آزمایش تراکم روش انجام مشابهی دارند.
فقط اندازه محفظه و کوبه در آنها تغییر می کند.
در جدول زیر دو روش متداول برای انجام تست تراکم بیان شده است.
مشخصات هریک در جدول زیر گنجانده شده است:

مراحل گام به گام تست تراکم

روش انجام آزمایش تراکم به شرح زیر است:

1. قالب تراکم را خالی کرده و آنرا وزن نمایید.
2. نمونه ای از خاک را انتخاب کرده و آن را از الک شماره چهار عبور دهید.
3. با خاکی که در مرحله دوم از الک عبور داده شده یک لایه به ضخامت 5 تا 8 سانتی متر درست کنید.
4. با آرامی به وسیله کوبه مخصوص تراکم نقاط مختلف را تحت ضربه قرار دهید.
   این ضربات باید در مجموع 25 ضربه شود.
5. لایه دوم و سوم را همانند لایه اول تشکیل داده و 25 ضربه به آن بزنید.
6. حلقه فلزی دور قالب را بردارید و سطح رویی آن را صاف کنید.
7. سیلندر و نمونه را وزن کنید.
8. خاک درون قالب را خارج کرده و بخشی از آن را جهت سنجش میزان آب درون نمونه جدا کنید.
9. به خاک مقداری آب اضافه کنید تا درصد رطوبت آن اندکی بیشتر شود و مراحل را مجددا تکرار نمایید.
10. تا زمانی که خاک کاملا مرطوب و چسبنده شود، مراحل را تکرار نمایید.

فرمول درصد تراکم خاک

چگالی خاک خشک را از رابطه زیر بدست آوردید: (ϒ=W/V(w+1

که در آن:

W وزن کل خاک متراکم شده در قالب است

V حجم قالب

w درصد آب موجود در خاک

با محاسبه درصد رطوبت خاک و چگالی خشک خاک، می توانید منحنی تراکم خاک را ترسیم نمایید.
درصد رطوبت بخش افقی و چگالی خشک خاک، قسمت عمودی نمودار است.
با رسم این نمودار می توان چگالی خشک حداکثر و درصد رطوبت متناظر با آن را بدست آورد.
در شکل زیر نمونه ای از اینگونه نمودار های تراکم را ملاحظه می کنید.

منحنی آزمایش تراکم خاک

تفسیر آزمایش تراکم خاک

فرض می کنیم با استفاده از روش آموزش داده شده در بخش قبلی، منحنی تراکم خاک را رسم کردید.
با استفاده از نکات زیر می توانید نمودار به دست آمده را تفسیر نمایید:

• با افزایش انرژی تراکم، نمودار به سمت چپ و بالا حرکت می کند.
  در واقع با افزایش انرژی تراکمی، چگالی خشک حداکثر افزایش و درصد رطوبت بهینه کاهش می یابد.
• با افزایش اندازه دانه های خاک، نمودار به سمت چپ و بالا می رود.
  به عبارتی دیگر هرچه خاک درشت تر باشد، چگالی خشک حداکثر آن بیشتر می شود.
  هرچه خاک ریزدانه تر باشد، درصد رطوبت بهینه آن بیشتر خواهد بود.

مقادیر معمول در تست تراکم

فرض کنید آزمایش تراکم خاک را انجام داده اید.
چطور می توان متوجه شد، آزمایش ها را به درستی انجام داده اید؟
صرفا کافیست نتایج خود را با جدول زیر مقایسه کنید.
در این جدول، مقادیر متداول در انجام آزمایش تراکم بیان شده است.
نشان داده ایم که مقدار حداکثر چگالی خشک و رطوبت بهینه در انواع خاک ها چند است.

توضیحات مهم راجع به جدول فوق

منبع جدول بالا، کتاب گرگ (1960) می باشد.
واحد حداکثر چگالی خشک، کیلونیوتن بر متر مکعب است.
همچنین واحد رطوبت بهینه حداکر، درصد می باشد.
اگر با علائم به کار رفته در ستون دسته خاک ها آشنایی ندارید، توصیه می کنیم مقاله طبقه بندی خاک ها به روش یونیفاید را مطالعه کنید.
در صورتیکه نتایج حاصل از آزمایش تراکم شما بین بازه اعلامی در جدول بالا بود، یعنی آزمایش را به درستی انجام داده اید.
اگر نتایج آزمایش شما فاصله خیلی زیادی با مقادیر اعلامی در جدول بالا داشت، احتمالا آزمایش را به درستی انجام نداده اید.
تست خود را مجددا تکرار نمایید.

تراکم نسبی خاک و درصد تراکم چیست؟

دو اصطلاح مهم در دنیای ژئوتکنیک وجود دارد که به دلیل شباهتی که با کلمه تراکم دارند، با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند.
در این بخش هر دو این اصطلاحات به صورت کامل بیان می شود:

تعریف تراکم: به کاهش حجم خاک، در اثر خروج هوا گفته می شود.

تعریف درصد تراکم: کمیتی است که به کمک آن، وضعیت تراکمی فعلی خاک با شرایط ایده آل آزمایشگاهی مقایسه می شود.
در واقع برای به دست آوردن درصد تراکم، باید چگالی خشک خاک را به چگالی خاک خشک حداکثر تقسیم کنیم.

تعریف تراکم نسبی: کمیتی است که وضعیت تراکمی موجود خاک را با چگالی حداکثر و حداقل آزمایشگاهی مقایسه می کند.
تراکم نسبی را با Dr نمایش می دهند.

درصد تراکم خاک در راهسازی

درصد تراکم خاک در پروژه های ژئوتکنیکی مختلف، متفاوت است.
با توجه به اهمیت پروژه می توان درصد تراکم متفاوتی برای پروژه ها در نظر گرفت.
مثلا در پروژه های تراکم خاک راهسازی ، تراکم 95 درصد کافی است.
در پروژه های تراکم برای سوله های صنعتی تراکم 85 درصد کافی است.
و اما در برخی پروژه های با اهمیت بیشتر مثلا تراکم باند فرودگاه، نیاز به درصد تراکم های بالاتر و حتی بیش از صد در صد می باشد.

تخمین درصد تراکم نسبی خاک با استفاده از SPT

برای تخمین مقدار تراکم نسبی خاک ها، می توان از روابط تقریبی که Dr را به آزمایش SPT ارتباط می دهد استفاده کرد.
Dr خاک ها در اغلب مواقع کمتر از 100 در صد است.
تراکم نسبی برای خاک های درشت دانه و غیرچسبنده کاربرد دارد.
با استفاده از سه شرط زیر می توان فهمید که خاک از نظر تراکمی در چه وضعیتی قرار دارد:

1. اگر Dr کمتر از 40 باشد پس خاک سست می باشد.
2. در شرایطی که Dr بین 40 تا 60 باشد، خاک با تراکم متوسط است.
3. اگر Dr بیش از 60 باشد، خاک متراکم است.

تخمین درصد تراکم نسبی خاک با استفاده از چگالی

فرض کنید چگالی خاک را از یکی از روش های متداول تعیین چگالی، مثل روش موم گیری به دست آورده باشید.
برای تخمین درصد تراکم خاک ها با استفاده از عدد چگالی، می توان از اعداد زیر استفاده کرد:

• اگر چگالی خاک بین 11 تا 16 کیلونیوتن بر متر مکعب بود، خاک بسیار سست است و باید تراکم آنرا صفر در نظر بگیرید.
• درصورتیکه چگالی خاک بین 14 تا 18 کیلونیوتن بر متر مکعب بود، خاک  سست است و باید تراکم آنرا 15 درصد در نظر بگیرید.
• اگر چگالی خاک بین 17 تا 20 کیلونیوتن بر متر مکعب بود، خاک متوسط است و باید تراکم آنرا 35 درصد در نظر بگیرید.
• در شرایطی که چگالی خاک بین 17 تا 22 کیلونیوتن بر متر مکعب بود، خاک متراکم است و باید تراکم آنرا 65 درصد در نظر بگیرید.
• اگر چگالی خاک بین 20 تا 23 کیلونیوتن بر متر مکعب بود، خاک بسیار متراکم است و باید تراکم آنرا 85 درصد در نظر بگیرید.

منبع مقادیر بالا کتاب تحلیل و طراحی پی باولز می باشد.

تست تراکم خاک در محل

هدف از تراکم نسبی، تعیین درصد تراکم نسبی آن خاک است.
روش گام به گام تعیین درصد تراکم نسبی در محل مطابق مراحل زیر است:

• گام اول: در محل آزمایشگاه و با استفاده از آزمایش تراکم ، چگالی خشک حداکثر خاک را به دست آورید.
• گام دوم: با استفاده از روابط وزنی-حجمی چگالی مرطوب خاک را به دست آورید.
• گام سوم: با استفاده از آزمایش دانسیته در محل ، چگالی خاک در محل را محاسبه نمایید.
• گام چهارم: با تقسیم کردن چگالی به دست آمده از آزمایش دانسیته در محل به چگالی حداکثر آزمایشگاهی، تراکم نسبی خاک به دست می آید.

برای تراکم خاک از چه غلتکی استفاده کنیم؟

برای متراکم نمودن خاک ها، باید از غلتک استفاده کنیم.
غلتک ها انواع مختلفی دارند.
هر یک از غلتک ها برای خاک خاصی مناسب هستند.
نمی توان هر غلتکی را برای متراکم کردن هر خاکی استفاده کرد.

انواع غلتک

در این بخش انواع غلتک ها و خاک هایی که به کمک آن ها می توان متراکم کرد معرفی می شود:

1. غلتک چرخ فولادی یا غلتک استوانه ای : این غلتک ها برای متراکم کردن درشت دانه خوب دانه بندی شده و خاک های ریزدانه غیرخمیری مناسب است.
2. غلتک پاچه بزی یا پاچه فیلی : مناسب برای متراکم کردن خاک های ریزدانه خمیری و غیرخمیری .
   این غلتک ها برای متراکم کردن خاک های درشت دانه ای که بیش از 20% ریزدانه دارند هم مناسب است.
3. غلتک چرخ لاستیکی : این غلتک ها برای متراکم نمودن اغلب خاک ها مناسب است.
   برای متراکم کردن اغلب خاک های ریزدانه و درشت دانه کاربرد دارد.
4. غلتک ویبره یا لرزاننده: مناسب برای خاک های دانه ای که دانه بندی یکنواخت داشته باشند و همچنین ماسه لای دار.
5. کفشک های لرزاننده: از این غلتک در مکان هایی استفاده می شود که امکان استفاده از غلتک بزرگ نیست.
   حداکثر راندمان این غلتک ها، برای خاک های درشت دانه ای است که درصد ریزدانه آن کمتر از 15 درصد باشد.

انواع روش های تراکم خاک

چه غلتکی برای خاک ما مناسب است؟

برای اینکه بدانیم برای هر نوع خاک چه نوع غلتکی مناسب است، می توانید از جدول زیر هم استفاده کنید:

منبع جدول بالا کتاب مکانیک خاک پایه نوشته میرحسینی و همکاران می باشد.

چگونه به حداکثر تراکم خاک برسیم؟

یکی از مهمترین دغدغه های کارفرمایان این است که چطور حداکثر تراکم خاک را به دست آورند.
در این بخش چند نکته برای بهتر نتیجه گرفتن هنگام عملیات غلتک زنی خدمتتان ارائه می کنیم:

1- ضخامت لایه را کمتر کنید

اگر قرار است خاک را در محلی به ضخامت یک متر متراکم کنید، اینطور نباشد که کل خاک را یکدفعه ریخته و شروع به غلتک زنی کنید.
بهتر است خاک را در لایه های نازک 20 سانتی متر ریخته و در دفعات بیشتری غلتک زنی نمایید.

2- سطح فشار را کم کنید

سعی کنید غلتک را به صورت متمرکز بر روی سطح کمی قرار دهید.
بدین ترتیب فشار بیشتری به خاک وارد میشود.

3- از غلتک سنگین استفاده کنید

برای گرفتن نتیجه بهتر، باید از غلتک های سنگین تر استفاده کنید.
غلتک های سبک تاثیر کمتری دارند.
میزان تراکم در غلتک های سنگین بیشتر است.

4- نوع غلتک مناسب انتخاب کنید

باید این نکته را بدانید که هر نوع غلتک برای انواع خاک ها مناسب نیست.
برای هر خاک باید از غلتک مخصوص به خودش استفاده کنید.
مثلا برای خاک های رسی از غلتک پاچه بزی استفاده کنید.
برای خاک های درشت دانه از غلتک های استوانه ای.

5- تعداد دفعات عبور را زیاد کنید

یکی از مهمترین عواملی که در اخذ حداکثر تراکم تاثیرگذار است، تعداد دفعات عبور است.
هرچه تعداد دفعات یا پاس عبوری بیشتر باشد، نتیجه خاک متراکم تر است.
تحقیقات نشان داده که تعداد هشت تا ده بار عبور، حداکثر تراکم خاک را حاصل می نماید.

6- از پیمانکاران معتبر استفاده کنید

تمام آنچه در بالا گفته شد، بستگی به پیمانکاری دارد که در محل پروژه خود استفاده می کنید.
اگر صاحب غلتک آدم ماهر و توانمندی باشد، تمام موارد بالا را به خوبی رعایت می کند.
در غیر اینصورت تراکم خاک شما به خوبی انجام نمی شود.
شرکت های غلتک زنی معتبر را می توانید در سایت نیازمندیهای آزمایش خاک پیدا کنید.

تاثیر مواد آلی بر تراکم خاک

خاک های آلی خاک هایی هستند که از بقایای بدن جانوران و باقیمانده گیاهان پوسیده تشکیل شده اند.
وجود این قبیل خاک ها در خاک های معدنی و غیرآلی موجب کاهش چگالی خاک و در نتیجه تراکم پذیری بیشتر خاک می گردد.
این خاصیت برای خاک زیر ساختمان ها، پی ها و خاکریزها غیرمطلوب می باشد.
در صورتی که میزان خاک آلی بیش از 10 درصد باشد، وزن مخصوص خشک خاک به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.
از سویی دیگر با افزایش درصد خاک آلی، میزان درصد رطوبت بهینه افزایش می یابد.

گزارش کار آزمایش تراکم خاک

آزمایش تراکم خاک، یکی از آزمایش های اصلی درس آزمایشگاه خاک دوره لیسانس در رشته تحصیلی مهندسی عمران است.
پس از پایان آزمایش، استاد مربوطه از شما گزارش کار می خواهد.
در لینک زیر، یک نمونه گزارش کار از تست تراکم برای شما تهیه شده است.
بر روی آن کلیک کرده و فایل گزارش کار را دانلود نمایید.
نسخه ای که برای شما آماده کرده ایم، نسخه pdf آزمایش تراکم خاک می باشد.

تراکم کاهش یافته یا UnderCompaction

روش تراکم کاهش یافته یا آندرکامپکشن در واقع یک روش ساخت نمونه بازسازی شده خاک است.
و ارتباطی به آزمایش تراکم خاک ندارد.
این روش اولین بار توسط Ladd (1978) معرفی شد.
مفهوم کلی این روش این است که برای ساخت نمونه آزمایشگاهی نباید ضخامت لایه های مختلف یکسان باشد.
مثلا اگر در حال ساخت نمونه بازسازی شده برای آزمایش سه محوری به ارتفاع 9 سانتی متر هستید، نباید نمونه ای با سه لایه 3 سانتی متری بسازید.
بلکه باید ضخامت لایه اول را بیشتر، دومی اندکی کمتر و سومی از همه کمتر باشد.
دلیلش این است که لایه اول هنگام تراکم لایه های دوم و سوم نیز متراکم می شود.
پس باید لایه اول را اندکی ضخیم تر در نظر بگیریم که در انتها چگالی خاک در کل نمونه یکسان شود.

نحوه به دست آوردن تراکم کاهش یافته

امروزه محاسبات روش تراکم کاهش یافته با کمک نرم افزار انجام می شود.
نرم افزارها به ما کمک می کنند که ضخامت دقیق هر لایه را محاسبه کنیم.
وزن لازم در هر لایه را نیز می توان با این نرم افزارها حساب کرد.
در این بخش یک نمونه از این نرم افزارها را برایتان تهیه کرده ایم.
روی دکمه آبی رنگ زیر کلیک کرده و وارد صفحه دانلود این نرم افزار شوید.

در خصوص تست تراکم خاک سوالی دارید؟

در صورتی که پیرامون روش انجام آزمایش تراکم سوالی دارید و یا با خواندن مطالب بالا ابهامی در ذهنتان ایجاد شده است، می توانید در بخش دیدگاه ها در زیر همین نوشته آنرا مطرح نمایید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه جواب شما را خواهند داد.

آزمایش دانه بندی از جمله اصلی ترین آزمایش های مکانیک خاک است.
اساس آزمایش دانه بندی، رده بندی انواع خاک ها بر اساس اندازه دانه ها و رفتار خمیری آن هاست.
دانه بندی خاک ها به دو روش کلی دانه بندی با الک و یا آزمایش هیدرومتری صورت می گیرد.
در این نوشتار کوتاه تصمیم داریم روش اول، آزمایش دانه بندی با الک را شرح دهیم.

دانه بندی خاک

خاک ها مخلوطی از ذراتی هستند که اندازه های مختلفی دارند.
اندازه گیری اندازه تک تک ذرات امکان پذیر نیست.
چون تعداد آنها بی نهایت زیاد است.
لذا با استفاده از الک ها، تعدادی بازه اندازه تعیین می شود.
با استفاده از وزن باقیمانده روی هر الک، می توان فهمید چه میزان از خاک، در آن بازه قرار دارد.
مقدار خاک باقی مانده روی هر الک، نشان دهنده یک محدوده از اندازه دانه هاست که اندازه آن دانه ها از قطر سوراخ روی الک بزرگ تر است.

جدول دانه بندی خاک

در یک نگاه کلی خاک ها را بر اساس اندازه آنها بدین گونه می توان تقسیم بندی کرد:

بعد از انجام دانه بندی، متوجه می شویم که بیشتر اندازه های دانه ها، از چه نوعی است.
به عنوان مثال اگر اکثر ذرات خاک، اندازه ای کمتر از 0.075 میلی متر داشته باشند، مطابق جدول بالا، احتمالا آن خاک، رس است.
به این فرآیند دانه بندی کردن خاک می گویند.

فیلم آزمایش دانه بندی

در این انیمیشن کوتاه، خلاصه ای از مفهوم آزمایش دانه بندی و دلیل انجام این تست آزمایشگاهی بیان خواهد شد.
با دیدن این فیلم، دید خوبی نسبت به مفهوم دانه بندی خاک پیدا خواهید کرد.

کاربردهای آزمایش دانه بندی

تست دانه بندی خاک، از جمله پرکاربردترین آزمایش های ژئوتکنیکی است.
از این آزمایش در ساخت جاده، ساخت فرودگاه، طراحی سد و… استفاده می شود.
با انجام دانه بندی، اطلاعات مفیدی از خاک می توان به دست آورد.
همچنین می توان بازه تقریبا درستی از پارامترهای طراحی خاک ها را تخمین زد.
از مهمترین پارامترهایی که با داشتن دانه بندی قابل تخمین است می توان به نفوذپذیری خاک، خاصیت مویینگی و حساسیت خاک اشاره کرد.

به طور خلاصه مهمترین کاربردهای آزمایش دانه بندی عبارتند از:

• طبقه بندی و نامگذاری خاک ها بر اساس استانداردها و آیین نامه های بین المللی
• طراحی اجزای مختلف سدهای خاکی مثل طراحی هسته، فیلتر و …
• ارائه طرح اختلاط بتن
• تشخیص خطرناک بودن خاک در برابر ریسک های ژئوتکنیکی مثل روانگرایی، رگاب و…
• تخمین پارامترهای ژئوتکنیکی خاک مثل نفوذپذیری، مقاومت برشی و …
• تعیین منبع قرضه مناسب جهت خاکریزی

وسایل مورد نیاز جهت ازمایش دانه بندی

• ترازو با دقت 0.1 گرم
• سری الک های استاندارد
• چکش لاستیکی
• فرچه یا مسواک برای تمیز کردن الک ها
• آون یا گرمخانه
• دسیکاتور
• هاون
• آب فشان

برخی از این تجهیزات به صورت دست دوم در وبسایت نیازمندیهای بازار خاک به فروش می رسد.
در صورت تمایل به خرید، می توانید به آگهی های منتشر شده در آن سایت مراجعه کنید.

انواع الک دانه بندی خاک

استانداردها و آیین نامه های مختلف، الک های متفاوتی را به عنوان الک استاندارد معرفی کرده اند.
اما اصلی ترین آنها مربوط استاندارد ASTM است که در جدول زیر خلاصه گردیده است.

منبع جدول بالا کتاب مکانیک خاک پایه نوشته میرحسینی و همکاران می باشد.
اندازه چشمه ها در جدول بالا به میلی متر می باشد.

آموزش گام به گام آزمایش دانه بندی

دانه بندی به طور کلی به دو شیوه انجام می شود.
روش تر و روش خشک.
آزمایش دانه بندی به روش خشک، عمدتا برای خاک های درشت دانه مناسب تر است.
چرا که ذرات درشت دانه از یکدیگر منفصل هستند.
در نتیجه به راحتی می توانند از سوراخ های الک عبور نمایند.
این روش گاهی همراه با خطاست.
چرا که گاهی ذرات به دلیل داشتن چسبندگی به یکدیگر می چسبند.
در نتیجه به اشتباه تشکیل ذره ای بزرگتر می دهند.

خشک بهتر است یا تر؟

تجربه نشان داده که دانه بندی به روش خشک ساده تر و کم دردسر تر از تست دانه بندی به روش تر است.
اما اگر قصد انجام آزمایشی با دقت بالا را داشته باشید به شما توصیه می کنیم این تست آزمایشگاهی را به روش تر انجام دهید.

فواید دانه بندی به روش تر

نتایج حاصل از دانه بندی به روش تر، عمدتا نتایج بهتر و دقیق تری می دهد.
چرا که با شستشو دادن خاک ها، چسبندگی بین ذرات تا حدود زیادی از بین می رود.
همچنین امکان چسبیدن ذرات به هم و تشکیل دانه هایی بزرگ تر از اندازه واقعی، تقریبا غیرممکن است.
می توان اطمینان داشت در روش تر، ذرات با اندازه های واقعی خود در آزمایش دانه بندی شرکت می کنند.
این روش بسیار سخت تر و زمان بر تر از روش خشک است.
روش تر، برای دانه بندی خاک های ریزدانه مناسب تر است.

در ادامه به تشریح هر کدام از این دو روش پرداخته می شود.

1- نحوه انجام دانه بندی به روش خشک

در این بخش روش انجام تست دانه بندی خشک را به صورت گام به گام بیان می کنیم:

گام اول : انتخاب خاک مناسب

در ابتدا لازم است مقداری خاک برای آزمایش دانه بندی انتخاب کنید.
مقدار خاک انتخابی باید به قدری باشد که نماینده خاک محل باشد.
اگر کلوخه ای را در بین خاک ها دیدید، آنرا با دست یا هر وسیله دیگری خرد کنید.

گام دوم: خشک کردن خاک

در گام دوم لازم است خاک انتخاب شده را داخل آون یا گرمخانه قرار دهید.
خاک را به مدت 24 ساعت و در دمای 110 درجه سانتی گراد داخل آون قرار دهید.
تا مطمئن شوید خاک کاملا خشک شده است.

گام سوم : چیدن الک ها

الک ها را به صورت مرتب از سوراخ بزرگ به سوراخ کوچک روی هم بچینید.
این الک ها به صورت نر و مادگی داخل یکدیگر فرو می روند و همانند ستونی در می آیند.
الک ها باید به ترتیب چیده شده باشند.
به طوری که الک های با سوراخ گشادتر در بالا و الک هایی با سوراخ ریز پایینتر قرار بگیرند.

گام چهارم: لرزاندن الک ها

نمونه خاک انتخاب شده را روی بالاترین الک بریزید.
هم اکنون لازم است مجموعه الک ها را روی دستگاه لرزاننده قرار دهید.
خاک ها به لرزه در می آیند و به الک های پایین منتقل می شوند.
زمان لرزش بستگی به مقدار خاکی دارد که داخل الک ها ریخته ایم.
طبیعی است که هر چقدر خاک درون الک ها بیشتر باشد، لازم است دستگاه شیکر، زمان بیشتری روشن باشد.
آیین نامه ها توصیه کرده اند حداقل زمان لرزش تا زمانی باشد که هیچگونه خاکی از الک شماره 200 عبور نکند.
روال چنین است که مجموعه الک و خاک، به مدت ده دقیقه بر روی لرزاننده الک قرار می گیرد.

گام پنجم: وزن کردن الک ها

بعد از پایان فرآیند لرزش، الک ها را از داخل جعبه شیکر خارج نمایید.
وزن باقیمانده روی هر الک را یادداشت نمایید.
مجموع مقادیر باقیمانده روی هر الک نباید تفاوت چشمگیری با وزن خاک انتخاب شده در ابتدای آزمایش داشته باشد.

گام ششم: ترسیم نمودار دانه بندی

پس از وزن کردن خاک باقیمانده روی هر الک، درصد عبوری هر الک را محاسبه کنید.
سپس با استفاده از یکی از روش های طبقه بندی خاک ، نوع خاک را مشخص نمایید.

2- نحوه انجام دانه بندی به روش تر

برای خاک های چسبنده بهتر است از روش دانه بندی تر استفاده شود.
در روش تر باید کلوخه ها به طور کامل از بین بروند.
در این قسمت، تست دانه بندی به روش تر به صورت گام به گام بیان می شود:

گام اول : انتخاب خاک مناسب

در ابتدا لازم است مقداری خاک برای آزمایش دانه بندی انتخاب کنید.
مقدار خاک انتخابی باید به قدری باشد که نماینده خاک محل باشد.

گام دوم: چیدن الک ها

الک ها را به صورت مرتب روی هم بچینید.
این الک ها به صورت نر و مادگی داخل یکدیگر فرو می روند و همانند ستونی در می آیند.
الک ها باید به ترتیب چیده شده باشند.
به طوری که الک های با سوراخ گشادتر در بالا و الک هایی با سوراخ ریز پایینتر قرار بگیرند.

گام سوم : شستشو الک ها

در این بخش ابتدا خاک و سپس آب را روی الک ها بریزید.
لازم است آب را از الک بالاتر روی مجموعه الک ها بریزیم.
اینقدر این کار را ادامه می دهیم تا آب خروجی از پایین ترین الک، کاملا زلال و شفاف شود.

گام چهارم: خشک کردن الک ها

در این گام لازم است کل مجموعه الک ها و خاک های درون آن را در داخل آون یا گرمخانه قرار دهیم تا خشک شود.
دمای آون 110 درجه و مدت زمان قرارگیری خاک و الک در داخل آن 24 ساعت می باشد.

گام پنجم: وزن کردن الک ها

بعد از پایان فرآیند شستشو و خشک کردن، الک ها را از داخل جعبه شیکر خارج نمایید.
وزن باقیمانده روی هر الک را یادداشت می کنیم.
مجموع مقادیر باقیمانده روی هر الک نباید تفاوت چشمگیری با وزن خاک انتخاب شده در ابتدای آزمایش داشته باشد.

گام ششم: ترسیم نمودار دانه بندی

پس از وزن کردن خاک باقیمانده روی هر الک، درصد عبوری هر الک را محاسبه کنید.
سپس با استفاده از یکی از روش های طبقه بندی خاک، مثل روش طبقه بندی یونیفاید نوع خاک را مشخص نمایید.

چه مقدار خاک برای انجام آزمایش کافی است؟

نمونه خاکی که برای انجام آزمایش دانه بندی انتخاب می گردد، باید نماینده خوبی از خاک محل باشد.
پس در زمینی که تنوع سنگدانه های آن زیاد است و بزرگترین دانه آن 500 گرم است، اگر 300 گرم خاک انتخاب کنیم، نتیجه آزمایش نادرست خواهد بود.
مراجع معتبر ژئوتکنیکی، حداقل مقدار خاک برای انجام آزمایش را به شرح جدول زیر پیشنهاد کرده اند:

روش های نمونه گیری

نمونه ای که برای انجام تست دانه بندی خاک استفاده می کنید، باید نماینده ای از خاک محل باشد.
بدین معنی که اگر خاک شما مخلوطی از شن و رس است، نمی توانید فقط بخش کوچکی از آن که شامل رس است را جدا کنید.
در حالی که بخش درشت دانه آن دست نخورده باقی بماند.
روش هایی هم وجود دارد که فرآیند نمونه گیری را راحت تر می نماید.
در این بخش دو مورد از آنها را بیان می کنیم:

• جداکننده مکانیکی یا مقسم

تقسیم کننده مکانیکی، وسیله ای است که با شیارهایی که دارد، می تواند خاک را به بخش های مختلفی تقسیم نماید.
این دستگاه دارای 20 شیار است.
هشت شیار برای خاک های درشت دانه.
دوازده شیار برای خاک های ریزدانه.
این شیارها باید ضوابط خاصی داشته باشند.
حداقل پهنای آنها باید 50 درصد بزرگتر از درشت ترین قطر دانه ها در مصالح باشد.
این روش زمانی استفاده می شود که خاک خشک باشد.

• چهار قسمت نمودن

در این روش خاک را به صورت کامل با یکدیگر مخلوط نمایید تا تمام ذرات خاک دارای درصد رطوبت یکسان شوند.
در این مخلوط شدن، سعی نمایید توزیع ذرات خاک از نظر اندازه متعادل شود.
کل خاک را روی سطح صاف به صورت مخروطی شکل و تپه ای قرار دهید.
با فشردن نوک مخروط، خاک را صاف و مسطح نمایید.
خاک را به چهار قسمت مساوی تقسیم نمایید.
دو قسمتی که به صورت قطری روبروی یکدیگر هستند را جهت انجام آزمایش انتخاب نمایید.

گزارش کار آزمایش دانه بندی خاک

گزارش کار آزمایش دانه بندی شن و ماسه و همچنین گزارش کار مربوط به خاک های ریزدانه رسی، از جمله الزامات درس آزمایشگاه خاک در دوره لیسانس است.
در این بخش یک نمونه گزارش کار برای تست دانه بندی برای شما آماده کرده ایم.
از طریق لینک زیر می توانید آنرا دانلود نمایید.

اموزش رسم منحنی دانه بندی خاک

رسم نمودار دانه بندی بسیار ساده و راحت است.
ذر این قسمت روش گام به گام ترسیم نمودار دانه بندی را آموزش می دهیم.

1. مطابق توضیحات بخش های قبل، تست دانه بندی را به صورت کامل انجام دهید.
2. درصد عبوری از هر الک  و اندازه هر الک را به صورت جداگانه یادداشت کنید.
3. مقادیر یادداشت شده را در یک نمودار نیمه لگاریتمی مثل نمودار شکل زیر رسم کنید.
4. نقاط رسم شده را به هم وصل کنید تا نمودار دانه بندی به دست بیاید.

نمودار دانه بندی خاک

نکات مهم در نمودار دانه بندی

در نمودار بالا، محور افقی اندازه ذرات یا همان سایز الک است.
محور عمودی نیز درصد عبوری از هر الک می باشد.
درصد عبوری از هر الک، از طریق تقسیم وزن خاک باقیمانده روی هر الک به وزن کل به دست می آید.
به عنوان مثال برای آنالیز دانه های روی الک شماره 10، درصد عبوری از روی این الک را با تقسیم وزن عبور کرده از الک شماره 10 بر وزن کل نمونه ریخته شده روی الک شماره 10 بدست آورده و ضربدر 100 می نماییم.
برای مابقی الک ها نیز فرآیند مشابهی انجام دهید.
دقت کنید که نمودار بالا یک نمودار نیمه لگاریتمی است.

نحوه ترسیم نمودار دانه بندی

ترسیم دستی این قبیل منحنی ها، بسیار سخت و دشوار است.
لذا امروزه برای ترسیم منحنی های دانه بندی، از نرم افزارهای آزمایش خاک استفاده می شود.
باید به این نکات دقت شود که:
با توجه به محدودیت های موجود در تعداد الک ها، منحنی دانه بندی صرفا تقریبی از خصوصیات فیزیکی خاک ارائه می کند و کاملا دقیق نیست.
منحنی دانه بندی در خاک های ماسه ای و سیلتی، دقیق تر و قابل اعتماد تر از خاک های شنی و رسی است.

تفسیر نتایج آزمایش دانه بندی

• هر چقدر شیب منحنی دانه بندی کمتر باشد، تغییرات اندازه دانه های خاک نیز کمتر است.
• به میزانی که شیب منحنی بیشتر باشد، دانه های خاک یکنواخت تر هستند.
• هر چه منحنی دانه بندی به سمت راست حرکت کند، خاک درشت دانه تر است.
• نمودارهایی که بیشتر سمت چپ هستند، ریزدانه تر می باشند.
• اگر بخشی از نمودار دانه بندی افقی باشد، یعنی آن اندازه ها را اصلا ندارد.
  به این خاک ها میان تهی می گویند.
  این خاک بد دانه بندی شده است.

شکل نمودار چه چیزی به ما می گوید؟

• در صورتیکه بخشی از منحنی دانه بندی عمودی باشد، یعنی درصد قابل توجهی از خاک از یک اندازه به خصوص است.
  این خاک ها تنوعی در دانه بندی ندارد.
  این چنین خاک هایی بد دانه بندی شده هستند.
• اگر منحنی دانه بندی با شیب یکنواخت بوده و بخش افقی یا عمودی نداشته باشد، می گوییم خاک خوب دانه بندی شده است.
• در صورتیکه نمودار دانه بندی پله ای باشد، آن خاک به صورت مصنوعی ساخته شده است.
  در طبیعت چنین خاکی وجود ندارد.
  خاک های مصنوعی حالت خاصی از خاک های میان تهی هستند.

ویدئوی زیر تمامی نکات لازم برای تفسیر منحنی دانه بندی شن و ماسه را به شما آموزش می دهد:

نکات مهم در مورد تست دانه بندی

در صورتی که در حال انجام آزمایش دانه بندی خاک هستید، لازم است به نکات زیر توجه داشته باشید:

• آزمایش دانه بندی اطلاعات مفیدی در خصوص ویژگی های فیزیکی خاک ها ارائه می کند.
  اما هیچگونه اطلاعاتی در خصوص شکل دانه ها مثل تیزگوشه گی یا گردگوشه گی ارائه نمی کند.
• دانه بندی خاک یک نقطه، نمی تواند معرف دانه بندی کل خاک های آن منطقه باشد.
• تست دانه بندی خاک در یک عمق به خصوص، می تواند با دانه بندی خاک در اعماق مختلف متفاوت باشد.
• آزمایش دانه بندی با استفاده از الک، برای خاک های درشت تر از الک 4 دقت خوبی دارد.
  اما هر چه ذرات خاک ها ریزتر می شوند، دقت تست نیز کاهش می یابد.
  علت آن هم ساختار ورقه ای یا پولکی شکل ذرات ریزدانه است.

توصیه هایی برای بالا بردن دقت آزمایش

• در حین انجام این آزمایش، بخشی از خاک به صورت گرد و غبار در هوا پخش می شوند.
  مقدار کم این گرد و غبار طبیعی است.
  اما در هر صورت، نباید بیش از دو درصد وزن کل خاک اولیه باشد.
• بهتر است دستگاه شیکر یا لرزاننده، به جای لرزش افقی، لرزش قائم به نمونه خاک اعمال نماید.
• در حین انتقال نمونه های خاک از محل حفاری گمانه تا آزمایشگاه، باید از کیسه های پلاستیکی مخصوصی استفاده شود، تا ذرات ریزدانه از آن خارج نشوند.
• در صورتیکه که قصد دارید همراه این آزمایش، تست درصد رطوبت خاک را نیز انجام دهید، لازم است نمونه های خاک در کیسه های پلاستیکی کیپ زیپ حمل شوند.
  اینکار باعث می شود تا رطوبت آنها در حین انتقال به آزمایشگاه از بین نرود.

در خصوص ازمایش دانه بندی خاک سوالی دارید؟

تست دانه بندی درست، نیاز به تمرین و ممارست زیاد دارد.
در صورتی که در مورد تست دانه بندی سوالی دارید و یا با خواندن مطالب بالا ابهامی در ذهنتان ایجاد شده است، می توانید در بخش دیدگاه ها در زیر همین نوشتار آن را مطرح فرمایید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه پاسخگو خواهند بود.