تعیین وزن حجیم، رطوبت و تخلخل خاک

نکته ایمنی مهم: این یک متن حرفه ای بایگانی است، نه یک راهنمای آزمایشگاهی یا صحرایی فعلی. روش‌های توصیف شده شامل جیوه، شعله‌های باز، گرمایش، پارافین و سایر تجهیزات و موادی است که ممکن است امروزه خطرناک یا غیرقابل قبول باشند. آنها را بدون استانداردهای معتبر، ارزیابی ریسک، برگه های اطلاعات ایمنی، آزمایشگاه مناسب و نظارت حرفه ای اعمال نکنید. متن بخشی از پیشنهاد فعلی محصولات و خدمات Savo Kusić نیست.

تعیین وزن حجمی خاک

روشهای مختلفی برای تعیین وزن حجمی خاک وجود دارد که ما پرکاربردترین آنها را شرح خواهیم داد: روش استوانه ای، روش غوطه ور کردن نمونه در آب، روش غوطه ور کردن نمونه در جیوه و روش با ماسه.

رویه با سیلندر

این روش بیشترین کاربرد را دارد و به صورت صحرایی و آزمایشگاهی انجام می شود. برای خاک بسته و غیرمحصول استفاده می شود.

یک استوانه فلزی با حجم مشخص، با لبه پایینی تیز شده، به داخل خاک یا یک نمونه دست نخورده یا فشرده شده مصنوعی فشرده می شود، به طوری که کاملاً با توده خاک پر می شود. پس از آن، سطح نمونه را با چاقو با لبه های بالا و پایین استوانه تراز می کنند و بلافاصله با روکش های فلزی می بندند و روی ترازو وزن می کنند.

اگر W وزن نمونه با استوانه و کلاهک باشد، W0 وزن خود سیلندر با درپوش است، V حجم استوانه است

وزن حجمی خاک γ برابر است با:

γ = (W - WP)/V

مراحل فرو بردن نمونه در آب

این روش بر اساس این ویژگی فیزیکی است که حجم جسم غوطه ور در آب برابر با حجم آب جابجا شده است. زمانی که نمونه ای از یک شکل هندسی منظم بدست نمی آید، فقط برای خاک های بسته بندی شده استفاده می شود.

از خاک دست نخورده یا از نمونه بزرگتر، یک قطعه نمونه ماکاکی شکل گرفته شده و وزن آن W در حالت طبیعی روی ترازو اندازه گیری می شود. سپس نمونه را با پارافین ذوب شده می پوشانند که نباید خیلی داغ باشد، بلکه به اندازه ای باشد که ذوب شود. یک لایه نازک پارافین 1-2 mm باید به طور کامل کل نمونه را بپوشاند. سپس نمونه با پارافین روی ترازوی وزن شده و وزن W’ به دست می آید. وزن پارافین W’ – W است.

حجم پارافین VP، به دست آمده از فرمول: VP * γP = W’ – W,

که در آن γP وزن حجمی پارافین است که مشخص است و γP = 0,892 p/cm3 است.

از معادله بالا داریم: VP = (W’ – W)/0,892  [cm3].

شکل. 1. تعیین وزن حجمی خاک با فرو بردن نمونه در آب

سپس نمونه پیچیده شده با پارافین را با نخ ابریشمی نازک روی ترازو آویزان می کنند (شکل 1)، ترازو را به حالت تعادل در می آورند و بلافاصله ظرفی از آب مقطر زیر نمونه می کشند، به طوری که کل نمونه در آب غوطه ور می شود. از آنجایی که به دلیل کاهش ظاهری وزن نمونه در آب، تعادل روی ترازو به هم می‌خورد، با برداشتن وزنه‌ها مجدداً برقرار می‌شود، به طوری که وزن نمونه با پارافین غوطه‌ور در آب W به دست می‌آید. تفاوت وزن نمونه با پارافین در حالت غوطه ور و غوطه ور، وزن آب جابه جا شده را نشان می دهد، یعنی اگر وزن حجمی آب YW = 1,00، حجم آب جابجا شده Vw

از حجم Vw حجم پارافین VP را کم کرده و حجم نمونه را بدست می آوریم.

تراکم خاک: γ = W/(Vw – VP)*m

که در آن m ضریب تصحیح به دلیل اختلاف دمای آب است، زیرا Y = 1,0 برای دمای آب در 4 °C: m = γw,T / γw,4oC.

روش با غوطه وری نمونه در جیوه

این روش برای خاک‌های بسته‌شده نیز اعمال می‌شود، همچنین در مواردی که لازم است از نمونه‌برداری با شکل هندسی منظم خودداری شود، مثلاً هنگام تعیین حدود انقباض خاک.

شکل. 2. تعیین وزن حجمی خاک با غوطه وری نمونه در جیوه

نمونه را در ظرفی کاملاً پر از جیوه غوطه ور می کنند (شکل 2) و به کمک صفحه شیشه ای با میخ های فلزی نازک آن را فشار می دهند تا کاملاً در جیوه غوطه ور شود. جیوه فشرده در ظرف بزرگتری ریخته می شود و وزن آن را از آنجا می گیرند و اندازه می گیرند. اگر W وزن نمونه باشد، Wz وزن جیوه جابجا شده، γz وزن حجمی جیوه، Vz=V حجم جیوه جابجا شده برابر با حجم نمونه است.

Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz

پس وزن حجمی خاک برابر است با:

γ =W*γz /Wz.

روش شن و ماسه

این آزمایش در مزرعه انجام می‌شود و اغلب در خاک‌های غیرمحصولی، شن، ماسه سنگ‌ریزه، مواد مورن و در مواردی که استخراج نمونه‌های دست‌نخورده با سیلندر امکان‌پذیر نیست، انجام می‌شود. اصل این روش شامل حفر یک سوراخ در زمین و سپس پر کردن آن با ماسه معمولی با وزن حجمی شناخته شده است که بر اساس آن حجم سوراخ تعیین می شود. وزن حجمی خاک از وزن توده حفاری شده و حجم چاله تعیین می شود.

سطح خاکی که قرار است وزن حجمی آن مشخص شود، به گونه ای تراز می شود که افقی باشد، سپس یک صفحه قلع تقریباً40x40 cm(شکل3، با یک قالب بریده شده در وسط قطر Ø =20 cm، ضخامت5 mm، برای حفر چاله در زمین. صفحه قلع صاف روی زمین گذاشته شده و با میخ ها ثابت می شود. سوراخی به قطر20 cm، عمق تقریبی20 cmترجیحا با دیوارهای عمودی، اما خارج از قالب نباشد و به خوبی تمیز کنید. تمام مواد حفاری شده روی صفحه قرار می گیرد، سپس بلافاصله پس از حفاری، در حالی که رطوبت طبیعی خود را دارد، روی ترازو وزن می کنند و وزن آن W تعیین می شود. برای اینکه بعداً رطوبت طبیعی تعیین شود، نمونه را در یک جعبه حلبی درب دار قرار می دهند تا پس از اتمام کار مزرعه به اتاق خشک کن منتقل شود. بلافاصله پس از آن، ماسه معمولی خشک داخل چاله حفاری شده ریخته می شود که وزن حجمی آن γd با اندازه گیری، یعنی از آزمایش آزمایشگاهی انجام شده قبلی، با ریختن شن و ماسه از همان قیف و از همان ارتفاع، h می افتد که در آزمایش صحرایی می افتد.

Sl.3. تعیین وزن حجمی خاک با استفاده از آزمون ماسه

قبل از شروع آزمایش، وزن ماسه معمولی را در بشر اندازه گیری کنید و بعد از پر کردن سوراخ داخل زمین با آن ماسه تا سطح بالایی صفحه حلبی که با خط کش فولادی به طول 40 cm تراز شده است، بقیه ماسه را در بشر اندازه بگیرید، به طوری که سطح بالای ماسه کاملاً خشک شود تا سطح ماسه کاملاً خشک شود. بشقاب به دست می آید. حجم Vd سوراخ حفر شده تا سطح بالایی ورق فلز بر اساس فرم Vd = Wd/γd تعیین می شود.

حجم V سوراخ در زمین با کم کردن حجم v دهانه قالب حلبی به دست می آید:

وزن حجمی خاک γ عبارت است از: γ = W/V، که در آن W وزن خاک حفاری شده از چاله است که بلافاصله پس از حفاری اندازه گیری می شود. خاطرنشان می شود که به جای ماسه از گچ، روغن یا آسفالت سرد استفاده می شود که در هوای مرطوب حساسیت کمتری دارند. علاوه بر این، دستگاه‌های ویژه‌ای نیز برای کار آسان‌تر و سریع‌تر روی تست با ماسه وجود دارد.

مقادیر تقریبی وزن حجمی خاک در جدول 1 آورده شده است، با ذکر این نکته که در آنالیزهای ژئومکانیکی در هر مورد وزن حجمی خاک باید با آزمایش در آزمایشگاه یا مزرعه تعیین شود.

تعیین رطوبت خاک

آزمایش تعیین رطوبت خاک به روش‌های مختلفی انجام می‌شود، یعنی روش آزمایشگاهی با استفاده از خشک‌کن برقی، روش‌های صحرایی با استفاده از خشک‌کردن در آتش باز، استفاده از کاربید، اندازه‌گیری در زیر آب و استفاده از پیکنومتر هوا. در اینجا ما تنها دو روش اول را که بیشتر در کشور ما کاربرد دارند، شرح خواهیم داد.

روش آزمایشگاهی با استفاده از خشک کن برقی

این روش قابل اعتمادترین و پرکاربردترین روش برای انواع خاک است. یک تکه خاک از یک نمونه دست نخورده بین دو لیوان مقعر به نام ساعت شنی قرار می گیرد که با یک گیره فلزی بسته می شود و روی یک ترازوی تحلیلی با هم وزن می شود و سپس در خشک کن برقی قرار می گیرد که در آنجا با 105°C خشک می شود تا وزن ثابت شود (شکل 4). تفاوت دما در طول خشک کردن نباید بیشتر از ±2°C باشد، زیرا در دمای پایین تر خشک کردن کامل انجام نمی شود و در دمای بالاتر ممکن است مواد آلی موجود در نمونه بسوزد. مدت زمان تقریبی خشک کردن نمونه با یک لیوان ساعتی در خشک کن حدود 6 ساعت برای ماسه و حدود 12 ساعت برای خاک رس است. پس از خشک شدن، نمونه بسته شده در ساعت شنی با گیره در خشک کن قرار داده می شود تا تا دمای اتاق خنک شود و پس از آن دوباره اندازه گیری می شود.

شکل. 4. خشک کردن نمونه در لیوان ساعتی با گیره

اگر W وزن نمونه در حالت رطوبت طبیعی با شیشه ساعت و گیره، Ws وزن نمونه در حالت خشک با لیوان ساعتی و گیره، Wt وزن لیوان ساعتی و گیره، رطوبت خاک w طبق تعریف آتربرگ، وزن آب تقسیم بر وزن خاک در حالت خشک است، یعنی: W_W_ *100[%].

تعیین تخلخل و ضریب تخلخل خاک

آزمایش بر روی یک نمونه دست نخورده انجام می شود، مشروط بر اینکه بتوان حجم آن را در حالت دست نخورده تعیین کرد.

یک استوانه فلزی با حجم مشخص را در خاک دست نخورده یا نمونه ای با ابعاد بزرگتر فشار می دهیم و سطح بالایی نمونه را با لبه های استوانه تراز می کنیم و می گذاریم تا خشک شود.105°Cتا وزن ثابت شود سپس در دمای اتاق بگذارید خنک شود و دوباره روی ترازو همراه با استوانه وزن کنید.

اگر V حجم داخلی سیلندر، Vm حجم مواد جامد خاک بدون منافذ، Wd وزن خشک نمونه، γs وزن حجمی ذرات جامد، تخلخل خاک n است.

حجم Vm بر اساس وزن خشک نمونه Wd تعیین می شود:

یعنی بر حسب درصد حجم کل خاک

از آنجایی که γd = Wd/V، یعنی وزن فله خشک خاک، می توان آن را قرار داد

n = 100* (1 – γd/ γs) [%].

ضریب تخلخل از فرمول e = n/(1-n) به دست می آید.

برای طراحی، کنترل کیفی یا اجرای کارها، از مقررات جاری، روش های تست استاندارد و آزمایشگاه مجاز استفاده کنید. این متن به عنوان یک منبع آموزشی تاریخی حفظ می شود.