آزمایش هیدرومتری

1- مقدمه

تحلیل هیدرومتری به طور معمول جهت دانه هایی که کوچکتر از 75 میکرومتر (الک نمره 200) هستند به کار می رود . دانه هایی که از الک نمره 200 عبور می کند از نوع رس ها و سیلت ها می باشند . نتایج آزمایش هیدرومتری جهت طبقه بندی خاک ها به کار نمی روند. آزمایش هیدرومتری بر اساس قانون استوکس بنا شده است.این قانون قطر یک کره را به زمان مورد نیاز برای سقوط کردن آن درون یک سیال با ویسکوزیته معلوم مرتبط می کند.ایده آنالیز هیدرومتری این است که ذرات خاک بزرگتر (سنگین تر ) زود تر از ذرات کوچکتر (سبکتر) سقوط می کند. آزمایش تقریبی است چون تمام ذرات ریز خاک کروی نیستند بلکه صفحه ای هستند.

تجهیزات مورد نیاز:

1- استوانه رسوب گذاری مدرج با ظرفیت 1000 سی سی و قطر داخلی 85 میلی متر
2-هیدرومتر                                        3-محلول پراکنده ساز هگزا متا فسفات سدیم
4- حمام ظرف هیدرومتر                        5-کرنومتر برای اندازه گیری زمان.
6- دماسنج مدرج شده تا 0.1 درجه که شامل درجات بین 2+ تا 40+ باشد.
7-کرنومتر برای اندازه گیری زمان.            8- ترازو با دقت 0.1 گرم که ظرفیت آن 200 گرم باشد.
9- همزن مکانیکی

تصحیح هیدرومتر و آماده کردن نمونه

قرائت انجام شده از هیدرومتر به سه دلیل باید تصحیح شود:
1-در رابطه محاسبه درصد ذرات معلق که با استفاده از قانون استوکس بدست آمده فرض شده است که مایع مورد استفاده آب مقطر می باشد. ولی در این آزمایش ماده پراکنده ساز نیز به همراه اب مقطر استفاده می شود.دانسیته محلول حاصل به میزان قابل توجهی از آب مقطر زیادتر است. 2- هر نوع هیدرومتر ، 151H و 152 H در دمای 20 درجه سانتیگراد.
3-قرائت درست هیدرومتر ها ،قرائت از کف قوس تشکیل شده در سطح مخلوط است ولی با توجه به اینکه قرائت دقیق از کف قوس و در آزمایش هیدرومتری ممکن نیست قرائت هیدرومتر ها از قسمت بالای قوس انجام می شود.
برای راحتی یک نمودار یا جدول از ضریب تصحیح قرائت هیدرومتر برای درجه حرارت آزمایش های مختلف در محدوده دمای مورد نظر انجام شده و برای بقیه دماها به صورت خطی درون یابی انجام می شود.
برای محاسبه ضریب تصحیح قرائت هیدرومتر به صورت زیر عمل کنید.
1-1000 میلی متر از محلول آب مقطر و ماده پر کننده با غلظتی که در آزمایش ها استفاده می شود تهیه کنید.
2- محلول را در استوانه رسوبگذاری ریخته و در حمام آب آن را به دمای مورد نظر برسانید.
3-هیدرومتر را داخل محلول قرار دهید و صبر کنید تا دمای ان با محلول به تعادل برسد.هیدرومتر را از بالای قوس تشکیل شده در سطح محلول قرائت کنید.
4-ضریب تصحیح برای هیدرومتر 151H اختلاف مقدار قرائت شده و عدد یک است.برای هیدرومتر 155H ضریب تصحیح اختلاف قرائت و عدد صفر است.
5- همین کار را برای دمای انتخابی دیگر نیز انجام داده و نمودار تغییرات ضریب تصحیح قرائت با دما را به صورت خطی رسم کنید.

مراحل آزمایش:

1- خاک را با الک شماره 10 الک کنید.

2-اگر خاک ماسه ای است 115 گرم و اگر ریز دانه است (رس و لای) 65 گرم از آنرا برای انجام آزمایش اماده کنید.

3-یک مخلوط 4 درصدی سدیم هگزا متافسفات تهیه کنید.

4– 40 گرم از محلول فوق را به 1000 سی سی آب مقطر اضافه کرده و کاملا به هم می زنیم.

5- دو ظرف 125 میلی لیتری برداشته و آنها را با محلول پر کنید.

6-یک استوانه به گنجایش حداقل 1000 سی سی را با 125 میلی لیتر محلول و 875 میلی لیتر آب مقطر پر کنید.

7-در صورت نیاز Rc) composite correction) (تصحیح ترکیب ) را تعیین کنید.می توانید بدون انجام این عمل از معادله زیر استفاده کنید.دمای محلول را اندازه گیری می کنیم.

8– 125 سی سی از محلول آب و هگزامتافسفات سدیم را که قبلا تهیه کرده اید،برداشته و انرا به خاک اضافه کنید.

9- برای پراکنده شدن ذرات ، مخلوط را حداقل 16 ساعت به حال خود رها کنید تا خیس بخورد.

10-برای مخلوط کردن ، مخلوط را به بشر مخصوص دستگاه هم زن بریزید.با اب مقطر با قیمانده خاک را شسته و درون بشر بریزید .

11- با دستگاه هم زن مخلوط را به مدت یک دقیقه بهم بزنید تا باعث پخش شدن ذرات و معلق شدن آنها شود.

12-بعد از هم زدن ، مخلوط را به درون یک استوانه خالی 1000 سی سی بریزید و آنقدر اب مقطر به مخلوط اضافه کنید تا حجم ان 1000 سی سی شود.

13- با دست ( یا با یک درپوش مناسب ) در استوانه را بگیرید و استوانه را به مدت یک دقیقه (60 بار ) به حالت رفت و برگشت و از بالا به پایین ، تکان دهید.

14-کرنومتر را تنظیم کنید. استوانه را روی یک سطح صاف که در معرض دست خوردگی یا ارتعاش نباشد قرار دهید . به محض اینکه استوانه در جای خود قرار گرفت ، خواندن هیدرومتر در 1 ، 2 ، 5 ، 15 ، 30 ، 60 ، 250 ، 1440 دقیقه انجام دهید. بعد از قرائت دقیقه دوم هیدرومتر را بیرون بیاورید و برای قرائت های بعدی حدود 20 تا 25 ثانیه قبل از قرائت ، هیدرومتر بایستی با دقت به درون استوانه حاوی آب -خاک-سدیم- هگزامتافسفات گداشته شود.خواندن هیدرومتر با تعیین عدد روی ساقه هیدرومتر که مطابق با بالای سطح هلالی آب است،انجام می شود . این عدد که قرائت واقعی هیدرومتر نامیده می شود ، در فرم مربوط به ثبت نتایج ازمایش نوشته می شود.بعد از اینکه قراهیدرومتر انجام شد ، از درون مخلوط بیرون آورده شده و درون یک استوانه حاوی آب مقطر و هگزامتافسفات سدیم قرار میگیرد و با چرخاندن آن درون آب مقطر تمیز می شود. .

15-دما را در زمان های 15 دقیقه به بعد یادداشت کنید.

16-نمونه های متفاوتی از هیدرومتر می تواند برای آزمایش استفاده شود.هیدرومتر 152H معمولترین نوع هیدرومتر است . در این دستور کار فرم مربوط به ثبت نتایج و محاسبات مربوطه بر اساس این نوع هیدرومتر است.

بعد از این که همه قرائت های هیدرومتر انجام شد، مخلوط آب-خاک-سدیم هگزا متافسفات در ظرف تبخیر ریخته می شود. این مهم است که همه ذرات خاک موجود در استوانه رسوب با استفاده از آب مقطر شسته شده و به درون ظرف تبخیر ریخته شوند.سپس ظرف تبخیر درون گرمخانه با دمای 110 درجه گداشته می شود تا آب مقطر آن تبخیر شده و نمونه خشک باقی بماند .بعد از خشک شدن نمونه درون گرمخانه با ترازو جرم ظرف تبخیر و مصالح خشک درون آن اندازه گیری می شود.مرحله بعد محاسبه جرم مصالح خشک بکار رفته در آزمایش هیدرومتری است(M3).بایستی جرم سدیم هگزامتافسفات نیز از جرم کل کم شود.

شرکت ترانشه ارائه دهنده خدمات نیلینگ، خرپا، انکراژ، آزمایش خاک، بهسازی خاک، مقاومت خاک، طبقه بندی خاک، میکروپایل، سازه نگهبان، حفاری دستی، طراحی ساختمان و جلوگیری از نشست ساختمان می باشد. همچنین برای آشنایی با انواع خاک و شناخت بیشتر تیپ خاک نیز می توانید از وبلاگ مجموعه ترانشه بازدید کنید.

محاسبات

مرحله اول: قرائت واقعی هیدرومتر Rs : ابن مقدار هنگام انجام آزمایش هیدرومتری تعیین می شود.

  Rc: این مقدار عمدتا برای تصحیح اثر سدیم هگزا متا فسفات بکار می رود.برای هیدرمتر 152H این ضریب به صورت زیر است:

T: درجه حرارت بر حسب درجه سلسیوس برای مخلوط آب- خاک-سدیم هگزا متافسفات . اگر درجه حرارت 20 درجه سانتی گراد باشد مقدار Rc برابر 5 گرم خواهد بود.

قرائت تصحیح شده R :

ضریب تصحیح a: هیدرومتر برای وزن مخصوص به خصوصی کالیبره شده است. معمولا هیدرومتر ها برای Gs=2.65 کالیبره می شوند. اگر وزن مخصوص خاک 2.65 نباشد معادله زیر برای محاسبه تقریبی ضریب تصحیح a به کار می رود.

اگر وزن مخصوص خاک قبلا اندازه گیری شده است، در معادله بالا قرار داده شده و ضریب تصحیح محاسبه می شود. اما اگر وزن مخصوص خاک اندازه گیری نشده باشد مقدار 2.65 برای خاک دانه ای و مقدار 2.7 برای خاک رسی فرض خواهد شد.
درصدنرمتر مانده در محلول F: درصد نرمتر با استفاده از معادله زیر محاسبه می شود.

Ms: جرم خشک به کار رفته در ازمایش هیدرومتری

درصد نرمتر اصلاح شده: این ستون فقط هنگامی استفاده می شود که خاک ایتدا شسته شده و با الک های 10 ، 40 یا 200 قبل از انجام ازمایش هیدرومتری جدا شده است. درصد نرمتر اصلاح شده ، با ضرب مقدار حاصل شده از معادله بالا در بخشی از ذرات خاک که ریزتر از ان الک جدا کننده است،به دست می آید برای مثال فرض کنید که خاک روی الک 40 شسته شده است و انالیز الک بیانگر آن است که دارای 75 درصد ریزتر از الک شماره 40 می باشد .

 سپس اندازه دانه های منطبق با آن بایستی محاسبه شود . اندازه دانه خاک D با استفاده از معادله استوکس به صورت زیر تعریف می شود.

t برحسب دقیقه K ضریب تصحیح که به ویسکوزیته محلول و وزن مخصوص خاک وابسته است.ویسکوزیته تابع درجه حرارت محلول است

لینک دانلود pdf آزمایش هیدرومتری:

گردآورندگان: مهندس میلاد مصرآبادی (كارشناس ارشد ژئوتكنيك دانشگاه بين المللي امام خميني)

                     مهندس كيميا سبزه پرور (كارشناس ارشد ژئوتكنيك دانشگاه بين المللي امام خميني)