آزمایش حد روانی
آزمایش حد روانی یا تست جام کاساگرانده یا آزمایش Liquid Limit یکی از مهمترین آزمایش های تعیین حدود اتربرگ است.
در این متن کوتاه، همه چیز درباره آزمایش تعیین حد روانی خاک را خواهید خواند.
حد روانی خاک چیست
خاک های ریزدانه در حالت خشک و بدون آب، به حالت جامد دیده می شوند.
اما با اضافه کردن آب به خاک، ابتدا به حالت خمیری و سپس به حالت مایع یا روان تغییر شکل پیدا میکنند.
در این آزمایش در پی این هستیم که بدانیم، چند درصد آب، به خاک اضافه کنیم تا خاک به حالت روان تبدیل شود.
ابتدا تجهیزات لازم جهت انجام این آزمایش شرح داده می شود، سپس روش گام به گام تعیین حد روانی گفته می شود.
در انتها با یک ویدئو، مراحل انجام آزمایش کاساگرانده شرح داده می شود.
این آزمایش، مکمل آزمایش حد خمیری خاک است.
وسایل آزمایش حد روانی
در این بخش قصد داریم جزییات تجهیزات آزمایشگاهی که برای تست حد روانی نیاز است را بیان کنیم:
۱- جام کاساگرانده
یک دستگاه مکانیکی شامل اجزای زیر است که باعث می شود یک جام پیاله ای شکل از ارتفاع خاصی سقوط کند:
- پایه: جنس پایه باید جوری باشد که ضریب برجهندگی آن بین ۷۷ تا ۹۰ باشد.
- تکیه گاه لاستیکی: نگهدارنده پایه است.
- جام: از جنس برنج است و وزن آن بین ۱۸۵ تا ۲۱۵ گرم است.
- بادامک: وسیله ای برای بالا بردن آرام و پیوسته جام
- بدنه: باید قابلیت تنظیم داشته باشد، جوری که بتوان ارتفاع سقوط را ۱۰ میلی متر تنظیم کرد.
- گرداننده موتوری: در برخی جام های کاساگرانده از نیروی موتوری برای چرخش استفاده می شود.
۲- شیارزن
ابزاری است از جنس پلاستیک یا فلز ضد زنگ.
ابعاد خاص و استاندارد دارد.
شیارزن ها به دو نوع طبقه بندی می شوند.
تخت و خمیده.
شیارزن تخت دقت بیشتری دارد.
۳- مکعب مستطیل کالیبره
به همراه دستگاه کاساگرانده، همواره یک معکب مستطیل برای کالیبره کردن ارتفاع سقوط وجود دارد.
حداقل عرض آن ۱۰ میلیمتر است.
لازم است وقتی این مکعب مستطیل را زیر پیاله قرار می دهیم، چرخش پیاله هیچ ضربه ای به مکعب مستطیل نزند.
۴- ظروف درصد رطوبت
این ظروف باید کوچک و فلزی باشند.
فلز به کار رفته در آن هم ضدزنگ باشد.
مناسب ترین اندازه برای این ظروف، ارتفاع ۲٫۵ سانتی متر و قطر ۵ سانتی متر است.
مناسب ترین جنس هم، فلز آلومینیوم است.
۵- ترازو
حداقل دقت لازم برای تست حد روانی، ۰٫۰۱ گرم است.
۶- ظرف اختلاط
در حین انجام آزمایش باید ظرفی وجود داشته باشد که بتوانیم آب و خاک را باهم مخلوط کنیم.
ظرف نباید جاذب رطوبت باشد.
یک بشقاب چینی، شیشه ای یا پلاستیکی با قطری در حدود ۱۱٫۴ سانتی متر مناسب می باشد.
۷- الک
برای تهیه نمونه خاک مورد آزمایش، نیاز به یک الک ۴۲۵ میکرون یا الک ۴۰ دارید.
حداقل ارتفاع لبه آن ۵ سانتی متر باشد.
۸- آب فشان
برای اضافه کردن آب به خاک مورد آزمایش، نیاز به آب فشان می باشد.
۹- گرمخانه
آون یا گرمخانه باید مجهز به ترموستات باشد.
توصیه می گردد از گرمخانه فن دار استفاده شود.
لازم است آون انتخاب شده، بتواند دمای ۱۱۰ سانتی گراد را فراهم نماید.
آماده کردن دستگاه کاساگرانده
جام کاساگرانده وسیله ای مکانیکی است که از سه بخش کلی تشکیل شده است:
- پیاله برنجی به قطر داخلی ۵٫۴ سانتی متر، ضخامت ۲ میلی متر و وزن ۲۰۰ گرم
- پایه لاستیکی، کائوجویی یا پلاستیکی
- تجهیزاتی که باعث بالا رفتن پیاله و رها شدن آن روی پایه می شوند
طبق استاندارد لازم دستگاه کاساگرانده را طوری تنظیم کنیم که ارتفاع سقوط پیاله روی پایه، یک سانتی متر باشد.
پس لازم است قبل از انجام آزمایش دستگاه را طوری کالیبره کنید که ارتفاع سقوط دقیقا ۱ سانتی متر شود.
قبل از شروع آزمایش باید موارد زیر را پیرامون جام کاساگرانده کنترل نمایید:
- سنجاق اتصال دهنده پیاله به پایه، ساییده شده نباشد تا موجب جابجایی یا حرکت پیاله نشود.
- کف پیاله در اثر استفاده زیاد صاف نشده باشد.
- پیچ های اتصال کاسه به دستگیره سفت باشد.
به همراه دستگاه کاساگرانده، شیارکش هم ارائه می شود.
شیارکش ها خود به دو دسته شیارکش ASTM و شیارکش کاساگرانده تقسیم بندی می شوند.
برای اینکه با تفاوت های این دو نوع شیارکش آشنا شوید، توصیه می کنیم ویدئویی که در انتهای این مطلب قرار داده شده توجه بفرمایید.
نحوه آماده کردن نمونه خاک
آزمایش های حدود اتربرگ اساسا برای خاک های ریزدانه تعریف شده اند.
لذا نمونه ای که برای این آزمایش انتخاب می شود، باید عبوری از الک شماره ۴۰ باشد.
برای انجام این تست آزمایشگاهی، حدود ۲۰۰ گرم خاک عبوری از الک شماره ۴۰ را انتخاب کرده، آن را در آون یا گرمخانه خشک کنید.
نمونه خاک را با مقداری آب به طور کامل مخلوط نمایید تا حالت خمیری به خود بگیرد.
دقت کنید که مخلوط کردن و ورز دادن نمونه آنقدر ادامه یابد تا آب به تمام نقاط خاک برسد.
سپس نمونه خاک را در یک نایلون کیپ زیپ قرار داده و اجازه می دهیم ۲۴ ساعت در این حالت باقی بماند.
اینکار به این دلیل است که آب به تمام خلل و فرج خاک نفوذ پیدا کند.
روش انجام تست حد روانی
برای انجام آزمایش حد روانی، باید مراحل زیر را به طور کامل انجام دهید:
- وزن حداقل سه ظرف تعیین رطوبت را با ترازو تعیین کرده و آن را W1 بنامید.
- قسمتی از خاک آماده شده را روی جام کاساگرانده قرار دهید.
روی آن را با کاردک به نحوی صاف کنید که عمیق ترین قسمت آن یک سانتی متر باشد. - با استفاده از شیارکش، شیاری را بر روی محور تقارن جام کاساگرانده بکشید.
- دسته جام را با سرعت دو چرخش در ثانیه بچرخانید.
این چرخاندن را تا جایی ادامه دهید که دو لبه خاک در جام کاساگرانده ۱٫۳ سانتی متر به هم بچسبد. - تعداد ضربات لازم برای بسته شدن شیار در مرحله بعد را ثبت کنید.
- مقداری از خاک را جهت تعیین درصد رطوبت خاک برداشته و آن را وزن کنید.
آن را W2 بنامید. - جام را خالی کرده، شیار کش و جام را تمیز کنید.
- به خاک مقداری آب اضافه کنید تا درصد رطوبت آن افزایش یابد.
- مراحل ۲ تا ۷ را حداقل دو بار دیگر انجام دهید تا تعداد ضرباتی که برای بسته شدن شیار به دست می آید، بین ۱۵ تا ۳۵ باشد.
- پس از ۲۴ ساعت نمونه ها را از آون خارج نموده و وزن وزن خاک خشک شده را محاسبه نمایید.
این وزن را W3 بنامید. - نمودار نیمه لگاریتمی ترسیم کنید که راستای عمودی آن درصد رطوبت و راستای افقی آن تعداد ضربات لازم جهت بسته شدن شیار باشد.
- حد روانی خاک درصد رطوبتی است که دقیقا به ازای ۲۵ ضربه، شیار بسته می شود.
محاسبات آزمایش تعیین حد روانی
درصد رطوبت برای هر نمونه از رابطه زیر به دست می آید.
فرمول محاسبه حد روانی
منحنی درصد رطوبت برحسب لگاریتم تعداد ضربات را ترسیم نمایید.
این منحنی به طور تقریبی، یک خط مستقیم است و اصطلاحا منحنی جریان نامیده می شود.
با استفاده از این خط، میزان رطوبت مربوط به ۲۵ ضربه را به دست آورید.
این درصد رطوبت، همان حد روانی خاک است.
فیلم آزمایش حد روانی خاک
در این انیمیشن کوتاه، روش انجام تست حد روانی خاک به طور کامل تشریح می شود.
این فیلم به زبان فارسی بوده و حاوی نکات مهمی است.
روش تک نقطه برای محاسبه LL
محاسبه حد روانی به روش سه نقطه ای که پیشتر توضیح دادیم، کار سخت و دشواری است.
یکی دیگر از روش های محاسبه LL استفاده از روش تک نقطه ای است.
در این روش حد روانی را می توانید از رابطه زیر محاسبه کنید:
فرمول حد روانی به روش تک نقطه ای
در رابطه بالا N تعداد ضربه است.
Wn درصد رطوبتی است که به ازای آن طول شیار به اندازه ۱۲٫۷ میلی متر بسته می شود.
استاندارد ASTM توصیه کرده که مقدار N بین ۲۰ تا ۳۰ باشد.
دانلود نرم افزار حد روانی
امروزه محاسبات آزمایش حد روانی با استفاده از نرم افزار صورت می گیرد.
چرا که محاسبه و ترسیم دستی نمودارهای تست حد روانی کار سخت و دشواری است.
برای رفع این مشکل، ما نرم افزاری طراحی کرده ایم که می توانید آنرا از بخش فروشگاه همین سایت دانلود کنید.
روش ساده تر این است که بر روی دکمه زیر کلیک کرده و نرم افزار حد روانی را دانلود کنید.
حد روانی خاک های مختلف چند است؟
نشانه روانی عمدتا برای خاک های رسی تعریف می شود.
خاک های رسی نیز از کانی های مختلف تشکیل شده اند.
در جدول زیر حد روانی چند کانی مهم رس ها بیان شده است.
هر خاکی که بیشترین مقدار از کانی های زیر را داشت، مقدار LL در آن نزدیک به مقادیر داده شده در جدول است.
| کانی رسی | حد روانی |
| مونت موریونیت | ۱۰۰ تا ۸۶۰ |
| ایلیت | ۵۵ تا ۱۲۰ |
| کائولینیت | ۳۵ تا ۱۰۰ |
گزارش کار آزمایش حد روانی
اگر درس آزمایشگاه مکانیک خاک دوره لیسانس را گذرانده باشید، می دانید یکی از مواردی که پس از پایان هر آزمایش لازم است به استاد مربوطه تحویل دهید، گزارش کار است.
در این بخش یک نمونه گزارش کار از تست حد روانی که در واقع بخشی از آزمایش حدود اتربرگ است را برای شما فراهم کرده ایم.
می توانید آنرا در لینک زیر دانلود نمایید:
در خصوص تست حد روانی سوالی دارید؟
اگر در خصوص روش این تست آزمایشگاه، سوالی دارید و یا با خواندن مطالب بالا ابهامی در ذهنتان ایجاد شده است، می توانید پرسش خود را در زیر همین مطلب و در بخش کامنت ها آنرا مطرح کنید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه پاسخ شما را خواهند داد.
درصورتی که دستگاه ازمایش حد روانی کالیبره نبوده و ارتفاع جام بیش از مقدار استاندارد باشد چه تغییری در حد روانی بدست امده( به روش سه نقطه ای) بوجودمی اید؟
حد روانی خاک کاهش پیدا می کند.
سلام ممنون از مطالب خوبتون
میشه لطفا بصورت مختصر تفاوت سه نقطه ای و تک نقطه ای را توضیح بدید؟
سلام، اگر بخواهم به طور خلاصه پاسخ دهم، روش سه نقطه ای روشی است که با سه آزمایش انجام می شود و روش تک نقطه ای، با یک آزمایش حد روانی صورت میگیرد.
سلام در آزمایش حدروانی زیر اساس اگر حدروانی ۲۶ باشد باید پیمانکار مصالح را اصلاح کند؟اگر جواب مثبت هست بفرمایید به چه طریق اصلاح کند
حد روانی در نشریه ۱۰۱گفته از ۲۵ درصد تجاوز نکنه
سلام. در دنیای ژئوتکنیک صحبت بر روی این موضوع است که آزمایش ها چگونه انجام شود. مثلا آیین نامه تدوین می شود که آزمایش حد خمیری چگونه انجام شود. اینکه نتیجه آزمایش حد خمیری چند باشد خوب است و یا چند باشد بد است از حیطه مباحث مکانیک خاک به دور است. این سوالتان را باید از مهندسین راهسازی بپرسید.
عالی بود . ممنونم
یه سوال پیش اومده برام
اون مقدار آبی که اولِ کار اضافه میکنیم که ۲۴ ساعت بمونه، کاملا چشمی و تجربیه؟ هیچ اندازه خاصی نداره؟
بله تجربیه
سلام
لطفاً در مورد ارتباط حد روانی با تورم ، توضیح دهید.
سلام. هر چه حد روانی در خاک ها بیشتر باشد، احتمال وجود کانی های صفحه ای در آن بیشتر است. هر چه کانی های صفحه ای بیشتر باشند، عدد فعالیت رس یا A در آن خاک بیشتر است. هرچه A بیشتر باشد، پتانسیل تورمی بیشتر خواهد بود. پس می توان اینگونه نتیجه گرفت که با افزایش حد روانی، پتانسیل تورم در خاک ها نیز بیشتر می شود.
ازمایش حد روانی به روش نفوذ مخروط هم انجام میشه؟میشه یه توضیح بدین
خیر. آزمایش حد روانی صرفا با یک شیوه و آنهم با آزمایش جام کاساگرانده انجام میشه. اما یک سری روابط تقریبی وجود دارد که نتایج آزمایش نفوذ مخروط را به آزمایش حد روانی مرتبط می کند.
ببخشید میشه ی بار توضیح بدید که در ازمایش حد روانی به روش سه نقطه باید از کدوم شیارزن استفاده بشه مسطح یا انحنادار
بستگی به خاکی دارد که با آن آزمایش انجام می دهید. مثلا برای خاک ریزدانه نرم، بهتر است از شیارکش مسطح استفاده کنید.
سلام
برای یک نمونه خاک آزمایش حد روانی انجام دادم در ۱۷ و ۲۶ و ۳۲ضربه تقریبا درصد رطوبت مشابه هم بود ی بار دیگه ازمایش و تکرار کردم در ضربه های متفاوت تقریبا یک درصد اختلاف رطوبت داشت. چرا این شکلیه؟
ممنون
سلام. چند حالت ممکن است پیش آمده باشد:
۱) آزمایش های مختلف توسط افراد مختلف انجام شده و یا اگر توسط یک شخص انجام شده، سرعت چرخش در هر آزمایش یکسان نبوده است.
۲) دستگاه کاساگرانده شما کهنه و قدیمی است. به طوریکه به دلیل عدم استفاده طولانی مدت، در ابتدا به کندی حرکت کرده و به مرور به چرخش آن راحت تر صورت میگیرد.
۳) آزمایش درصد رطوبت را در انتهای آزمایش حد روانی، به درستی انجام نداده اید. (استفاده از ظرف درپوش دار، دمای ۱۱۰ درجه، نمونه گیری از محل درست و …)
۴) آون یا گرمخانه شما به درستی کار نمی کند.
۵) بعد از مرطوب کردن خاک و پیش از انجام تست حد روانی، ۲۴ ساعت خاک را درون نایلون قرار ندادید که آب به صورت کامل به خورد خاک برود.
۶) سطح جام کاساگرانده در اثر استفاده زیاد بسیار صیقلی شده و نمونه خاک روی آن لیز می خورد. (به فیلمی که بالای همین متن هست دقت کنید)
۷) خاک مناسبی را برای انجام این آزمایش انتخاب نکرده اید. (تمام خاک عبوری از الک ۴۰ نیست).
از اینکه حوصله به خرج دادید و کامل پاسخ دادید سپاسگزارم.
امکانش هست لطف کنید اینو هم راهنمایی بفرمایید که چطور میشه فهمید اوون درست کار میکنه یا نه
داخلش دماسنج بگذارید و کنترل کنید که وقتی روی دمای ۱۱۰ درجه قرارش میدید، واقعا دمای داخلش ۱۱۰ هست یا خیر.
ممنون از لطفتون
سلام
مرحله اول کار که نمونه رو جدا کردیم در متن بالا گفته شده که این نمونه در اون خشک شود آیا این کار ا لزامیه؟
دوم اینکه چقدر از جام پر کنیم؟ و اگر سطحش صاف نباشه خطا میده؟
ممنون
سلام.
جواب سوال اول: نه الزامی نیست. میتونید خشک نکنید. آخر سر بعد آزمایش خشکش کنید و درصد رطوبتش رو حشاب کنید.
جواب سوال سوم: باید جام را طوری پر کنید که عمیق ترین بخش آن، یک سانتی متر باشد.
جواب سوال سوم: آیین نامه گفته صاف باشه. حالا منظورتون از صاف نباشه رو متوجه نمیشم. چطور ممکنه روی جام کاساگرانده کاردک بکشید اما سطحش صاف نباشه؟
با سلام
ببخشید دو سوال در خصوص آزمایش تعیین حد روانی داشتم ممنون می شوم اگر یک راهنمایی بفرمایید
۱_ اگر در آزمایش تعیین حد روانی به جای پایه پلاستیکی سخت از پایه پلاستیکی نرم در دستگاه تعیین حد روانی استفاده کنیم حد روانی به دست آمده از این آزمایش چه تفاوتی با حد روانی واقعی خاک خواهد داشت ( حد روانی به دست آمده کم تر از حد روانی واقعی خواهد بود یا حد روانی به دست آمده بیش تر از حد روانی واقعی خواهد بود یا حد روانی به دست آمده با حد روانی واقعی برابر خواهد بود یا هیچ کدام از موارد ذکر شده نیست
۲_ اگر در آزمایش تعیین حد روانی ارتفاع سقوط جام از یک سانتی متر بیش تر شود در آن صورت حد روانی به دست آمده از این آزمایش چه تفاوتی با حد روانی واقعی خاک خواهد داشت ( حد روانی به دست آمده با حد روانی واقعی برابر خواهد بود یا حد روانی به دست آمده بیش تر از حد روانی واقعی خواهد بود یا حد روانی به دست آمده کم تر از حد روانی واقعی خواهد بود یا هیچ کدام از موارد ذکر شده نیست
با تشکر از شما
سلام.،،
جواب سوال اول: استفاده از پایه نرم تر، باعث می شود، انرژی کمتری به جام کاساگرانده وارد شود و در نتیجه شیار داخل خاک، دیرتر از حالت قبل بسته شود. لذا حد روانی خاک افزایش می یابد.
جواب سوال دوم: اگر ارتفاع سقوط افزایش یابد، در هر چرخش، انرژی بیشتری به جام کاساگرانده وارد می شود. در نتیجه شیار بین خاک، زودتر از حالت استاندارد بسته می شود. لذا حد روانی خاک کاهش می یابد.
سلام
در صورتی که در آزمایش حد روانی ارتفاع سقوط جام کاساگرانده کمتر از حد استاندارد تعیین گردد حد روانی چه تغییری میکند؟
ممنون
سلام. اگر ارتفاع سقوط کمتر از میزان استاندارد باشد، انرژی کمتری در هر مرحله به خاک وارد می گردد. پس برای اینکه شیار وسط خاک با ۲۵ ضربه بسته شود، خاک باید مرطوب تر و به نوعی ضعیف تر باشد. لذا در این حالت حد روانی بیش از مقدار واقعی حد روانی خواهد بود.
سلام،وقت بخیر
نمودار هایی که بر اساس داده های آزمایش حدروانی بدست می اید ،سه نقطه ای که به ما میدهد باید رو یک خط باشد؟
اگر این طور نباشه خطا داشته آزمایش؟
سلام. هیچ لزومی ندارد که هر سه نقطه روی یک خط باشد و در اغلب مواقع این سه نقطه روی یک خط نمی افتد. اما اگر فاصله نقاط از خط برازش شده خیلی زیاد باشد، احتمالا در انجام آزمایش ها خطایی رخ داده است
با سلام و خسته نباشید
دو تا سوال داشتم
۱ . روش کالیبره کردن دستگاه به غیر از اون قسمت انتهایی شیار زن چیه؟
۲ . به غیر از شیار زن معمولی یه شیار زن دیگه هم داره کار اون شیار زن چیه؟
ممنون بابت سایت قشنگ و مفیدتون
سلام. پاسخ سوالات شما بدین ترتیبه:
جواب سوال اول: برای کالیبره کردن بهتره از همون انتهای شیارزن استفاده بشه. چرا که در آیین نامه اصلی، همین روش ذکر شده. اما معمولا شرکت های تولید کننده دستگاه جام کاساگرانده، یک مکعب مستطیل جداگانه برای کالیبره کرده می فروشند. با استفاده از اون ابزار هم میتونید دستگاه خودتون رو کالیبره کنید.
جواب سوال دوم: اگر فیلمی که داخل همین متن بالا هست ببینید، متوجه خواهید شد که دو نوع ابزار جهت شیارکشی وجود دارد. هر دو نوع شیارکش استاندارد و قابل استفاده است: شیار کش کاساگرانده و شیارکش ASTM. تصویر این دو نوع شیارکش را می توانید در فیلم داخل متن مشاهده کنید.