تراکم خاک

محتوای حرفه ای آرشیو: مقاله مروری تاریخی بر مفاهیم ژئوتکنیکی، فرمول ها و روش های آزمایشگاهی دارد. این یک مطالعه ژئوتکنیکی، طراحی خاکریز، مشخصات تراکم، طرح کنترل کیفیت، یا جایگزین استاندارد فعلی نیست. پارامترهای خاک، تجهیزات، انرژی تراکم، معیارهای پذیرش و روش های کار ایمن توسط یک مهندس ژئوتکنیک مجاز و یک آزمایشگاه معتبر بر اساس خاک و شی خاص تعیین می شود.

اطلاعات مرتبط: پنجره های چوبی ساخته شده بر اساس پروژه شما. · پنجره های چوبی آلومینیومی سفارشی. · پنجره های سفارشی برای خانه ها، پروژه ها و صادرات. · دربهای چوبی و چوبی آلومینیومی سفارشی. · یک درخواست قیمت ارسال کنید.

تراکم خاک سست

تراکم خاک سست به اندازه و شکل ذرات جامد و همچنین به ساختار آن بستگی دارد. در مورد خاک غیرمحصول، حدود خاصی وجود دارد که در آن مقادیر تخلخل n و ضریب تخلخل e برای نادرترین و متراکم ترین سازه حرکت می کند.

اگر مواد چسبانده نشده را خشک کرده و به آرامی در بشر ریخته تا در هنگام ریختن فشرده نشود، نادرترین ساختار آن به دست می آید. این ساختار با ضریب تخلخل emax مطابقت دارد که مقدار آن برای ماسه در متن اصلی در محدوده‌های زیر است:

max =0,7-1,0.

اگر همان ماده را به صورت لایه های نازک در یک بشر ریخته و هر لایه را با پتک چوبی بکوبند تا حجم آن ثابت شود، یعنی تا زمانی که در زیر کوبیدن ته نشین نشود، متراکم ترین ساختار آن به دست می آید. با ضریب تخلخل emin مطابقت دارد که مقدار آن برای ماسه برابر است:

emin = 0,45–0,65.

تراکم خاک بی بند و بار با فشردگی نسبی ID بیان می شود، ضریبی که درجه تراکم خاک را نسبت به بالاترین تراکم نشان می دهد:

که در آن e ضریب تخلخل خاک در حالت طبیعی تراکم است. مقادیر نهایی چگالی نسبی عبارتند از:

• برای نادرترین ساختار e = emax; ID =0;
• برای متراکم ترین ساختار e = emin; ID =1.

ملاک تراکم خاک شنی از نظر ترزاقی در متن اصلی چنین است:

• ماسه کم فشرده: ID =0-1/3;
• ماسه فشرده متوسط: ID =1/3–2/3;
• ماسه متراکم فشرده: ID =2/3-1.

در مورد خاکریز در جاده ها و خاکریزها، متن نیاز به ID = دارد2/3-1.

به جای شکل قبلی می توان از نسبت حجم استفاده کرد:

که در آن V حجم نمونه خاک دست نخورده است، Vmax حجم همان مقدار خاک در حالت کمترین تراکم، و Vmin حجم همان مقدار خاک در حالت حداکثر تراکم است.

محدودیت کاربرد: طبقه بندی ها و شرایط تاریخی ممکن است مستقیماً به پروژه یا سایت ساخت و ساز منتقل نشوند. نوع خاک، روش نمونه برداری، شرایط نمونه، استاندارد قابل اجرا و نیاز پروژه ممکن است روش و معیار را تغییر دهد.

تراکم خاک مقید

با خاک بسته شده، تراکم نه تنها به اندازه و شکل مواد جامد و ساختار آن بستگی دارد، بلکه به انسجام نیز بستگی دارد. به دلیل انسجام، ذرات جامد به هم چسبیده اند، بنابراین فشردن آب از منافذ در هنگام تراکم بسیار دشوارتر از خاک غیرمحرک است، که ذرات آن به راحتی زیر بار حرکت می کنند.

هنگام متراکم کردن خاک مقید، مقدار آب از اهمیت بالایی برخوردار است. با کوبیدن، آب با فشار از منافذ خارج می شود و ضخامت لایه آب کاهش می یابد. تخلخل کاهش می یابد و مقاومت برشی و چگالی ظاهری افزایش می یابد. هر چه چگالی بیشتر باشد، مواد جامد بیشتر و منافذ کمتر در واحد حجم است. این نسبت به عنوان مبنایی برای ارزیابی تراکم خاک محدود به کار گرفته شد. کنترل تراکم در متن با استفاده از وزن حجمی خشک انجام می شود:

γd = Wd / V [N/cm3]

که در آن Wd وزن نمونه خاک کاملاً خشک شده بر حسب N است و V حجم همان نمونه در حالت فشرده قبل از خشک شدن، بر حسب سانتی متر3 است.

آزمایش Proctor

تست پراکتور برای تعیین رابطه بین مقدار آب در خاک و تراکم آن عمل می کند. رطوبت مطلوب را تعیین می کند، یعنی رطوبتی که خاک متراکم شده حداکثر وزن حجمی خشک را برای انرژی تراکم معین می دهد.

توصیف تاریخی دستگاه پراکتور (شکل1) از یک استوانه فلزی با قطر داخلی Ø = تشکیل شده است10 cm، ارتفاع12 cm(تصویر1_a_)، ادامه استوانه ای با قطر همان ارتفاع10 cm(تصویر1_b_) و قطر چکش فلزی5 cm، وزن2,5N، در یک راهنمای استوانه ای با قطر کمی بزرگتر. راهنما در انتهای پایین باز و در انتهای بالا بسته است، با دهانه کمی بازتر برای عبور دسته قوچ (تصویر1_ج). انتهای پایینی سیلندر روی یک صفحه فلزی بزرگتر قرار می گیرد و در حین کوبیدن ثابت می شود.

نمونه طبق روش اصلی خشک می‌شود و برای جلوگیری از تاثیر دانه‌های درشت، از طریق دهانه غربال 5 mm الک می‌شود. سپس آن را با مقداری آب مخلوط می کنند که نباید آنقدر زیاد باشد که نمونه خمیده شود و یا آنقدر کوچک که نمونه قابل پردازش نباشد. ابتدا یک لایه با ارتفاع حدود 8 cm در استوانه با امتداد در حالت فشرده نشده قرار می گیرد و با ضربات 25 که به طور مساوی روی سطح توزیع می شود فشرده می شود. ضربه با سقوط آزاد پتک از ارتفاع 30 cm انجام می شود. یک لایه جدید با ضخامت 8 cm اعمال می شود، با 25 جدید رم می شود و این روند با لایه سوم تکرار می شود. پس از اتمام، پسوند حذف می شود، سطح نمونه با لبه استوانه پایین تراز می شود و خاک اضافی حذف می شود. سپس نمونه ای از خاک متراکم برداشته می شود و جرم ظاهری خشک آن γd و میزان رطوبت w تعیین می شود.

تصویر 1 — آزمایش پروکتور

آزمایش 5 تا 6 بار تکرار می‌شود، همیشه با مواد تازه و تیمار نشده از همان نمونه، اما با مقدار متفاوت آب، به منظور بدست آوردن مقادیر مختلف برای γd و w. رطوبت خاک w بر روی آبسیس نمودار و وزن حجمی خشک γd روی اردین اعمال می شود (تصویر 2). نقاط متصل منحنی را نشان می دهند که نشان می دهد چگالی ظاهری خشک ابتدا با رطوبت به حداکثر افزایش می یابد و سپس کاهش می یابد. رطوبت wopt مربوط به حداکثر چگالی ظاهری خشک max γd رطوبت بهینه نامیده می شود. در متن، پذیرفته شده است که در این رطوبت، بالاترین تراکم برای انرژی تراکم معین به دست می آید. آزمایشی که به این روش انجام می شود، تست استاندارد پروکتور نامیده می شود.

شکل 2 — نمودار پروکتور.

ایمنی و استاندارد آزمایشگاه: ابعاد دستگاه، جرم و قطره چکش، تعداد لایه‌ها و ضربه‌ها و آماده‌سازی نمونه داده‌های تاریخی هستند که در اینجا منتقل می‌شوند، نه یک دستورالعمل مستقل. یک روش معتبر باید استاندارد و طرح آزمایشگاهی مناسب را تعریف کند. خشک کردن، الک کردن و کوبیدن خطرات ناشی از گرد و غبار، ذرات در حال پرواز، نیشگون گرفتن و آسیب ضربه را به همراه دارد. تجهیزات مناسب، حفاظت و یک اپراتور آموزش دیده مورد نیاز است.

اثر اندازه دانه بر 5 mm

در متن اصلی بیان شده است که دانه‌های بزرگ‌تر از 5 mm اگر تا 25% جرم کل را تشکیل دهند، تأثیر قابل‌توجهی ندارند. اگر بیش از 25% وجود داشته باشد، تاثیر آنها باید با محاسبه وزن حجمی خشک مخلوط با استفاده از روش تناسب یا تست پروکتور اصلاح شده در نظر گرفته شود.

محاسبه با روش تناسب

طبق این روش، وزن حجمی خشک مخلوط مواد خاک γdm بر اساس نمایش تناسبی دانه های بالای و زیر 5 mm:

کجاست:

• γd — وزن حجمی خشک ماده ای که از غربال بازکننده عبور کرده است 5 mm؛
• γsc — وزن حجمی ذرات جامد باقیمانده روی صفحه نمایش 5 mm؛
• m — درصد وزنی مواد باقیمانده روی دهانه الک 5 mm نسبت به کل جرم.

تست پروکتور اصلاح شده

با توجه به تجربیات اداره احیای ایالات متحده که در متن اصلی ذکر شده است، اگر دانه های بزرگتر از5 mmدرست کردن1/3به2/3از مجموع جرم خاک، آزمایش باید با جرم کل انجام شود. از آنجایی که نمی توان این کار را با موفقیت در یک سیلندر با قطر انجام داد10 cmاستوانه ای با قطر بزرگتر در آزمایش موسوم به modified Proctor استفاده می شود. متن یک استوانه با قطر را توصیف می کند15,2 cmو ارتفاع23,2 cm، که در آن مقدار نمونه5,5kp سه لایه تقریباً مساوی را با po پر می کند50با چکش سنگین ضربه می زند4,53kp و ارتفاع سقوط45,7 cm. اگر نمونه حاوی دانه های تا20 mm، آزمایش با مواد دست نخورده انجام می شود. اگر حاوی دانه های بزرگتر از20 mm، مقدار5,5kp از نمونه از طریق الک الک می شود20 mm، و بقیه روی الک را با مواد هم اندازه جایگزین می کند5-20 mm.

علاوه بر روشی که به این ترتیب توضیح داده شده است، در متن هر روش عملکردی که با روش استاندارد متفاوت باشد، تست پروکتور اصلاح شده نیز نامیده می شود.

انرژی تراکم

انرژی تراکم نمونه در استوانه پروکتور را می توان با معادله بیان کرد که در آن N تعداد ضربه های چکش، h ارتفاع افت چکش بر حسب متر، W وزن چکش بر حسب Mp (مگاپند)، و V حجم نمونه بر حسب متر است.3.

با افزایش انرژی تراکم، فشردگی بیشتر نمونه حاصل می شود، تخلخل آن یعنی مقدار آب در خاک کاهش می یابد و وزن حجمی خشک افزایش می یابد. برای انرژی های تراکم E1، E2، E3 و E4 نمودارهای Proctor مربوطه در شکل 3 به دست آمده است. همه نمودارها به طور مجانبی به نمودار اشباع تقریبی می‌کنند، که به آن نمودار منافذ هوای 0% زمانی که همه منافذ با آب پر شده‌اند، یا منافذ هوا 5% زمانی که منافذ 95% با آب پر شده‌اند نیز می‌گویند.

شکل 3 — نمودارهای پروکتور برای انرژی های تراکم مختلف.

نمودار اشباع را می توان ساخت اگر w = wz = n / γs(1-n) روی آبسیسا اعمال شود، و γd = γs(1-n، در جایی که تخلخل، وزن خاک _تخلخل است __n) روی آبسیسا اعمال شود. از ذرات جامد خاک داده شده از این رو می توان انرژی تراکم را برای به دست آوردن تراکم مطلوب تنظیم کرد. برای کنترل تراکم خاک طبیعی یا خاکریز فشرده، اغلب در متن از شاخص تراکم Iz استفاده می شود، نسبت وزن حجمی خشک خاک یا خاکریز γd به وزن حجمی بدست آمده توسط Proctor γp:

Iz = γd / γp.

طراحی و کنترل در میدان: منحنی آزمایشگاهی به تنهایی کیفیت لایه مشتق شده را تایید نمی کند. نمونه برداری، ضخامت لایه، نوع و تعداد پاس های ماشین، رطوبت، اندازه گیری های میدانی، ظرفیت باربری، زهکشی، سازه های مجاور و تاسیسات زیرزمینی باید در طرح طراحی و کنترل لحاظ شود. بدون سیگنالینگ و کنترل دسترسی سازمان یافته به محل کار غلتک یا سایر ماشین آلات نزدیک نشوید.