آزمایش تراکم

مقدمه:

در بسياري از سازه هاي خاكي، مثل سدها، ديوارهاي حائل، بزرگ راه ها، فرودگاه ها و … متراكم كردن خاك، امري ضروري براي بهبود مقاومت خاك است. متراكم كردن خاك كه عبارت است از قرار دادن خاك در موقعيت چگال تر، به چند دليل مطلوب است:
الف) كاهش نشست ها در آينده ب) افزايش مقاومت برشي
ج) كاهش نفوذپذيري د) بهبود خواص مكانيكي خاك
ه)كاهش قابليت تورم خاك.

در كارگاه براي تراكم خاك از غلتك هاي چرخ استوانه اي صاف، غلتك هاي پاچه بزي، غلتك هاي چرخ لاستيكي و غلتك هاي ارتعاشي استفاده مي شود. غلتك هاي ارتعاشي اغلب براي تراكم خاك هاي دانه اي به كار مي روند. تاثير تراكم حاصل از دستگاه هاي فوق، محدود به اعماق 15 تا 30 سانتي متر سطحي است .

وقتي آب به خاك اضافه مي شود، ذرات خاك آب اضافه شده را به صورت لايه اي اطراف خود جذب مي كنند و هر چه ميزان آب زيادتر باشد ضخامت اين لايه جذبي نيز زيادتر خواهد بود. در صورت وجود تنش برشي بين ذرات خاك اين لايه نقشي شبيه روغن كاري در ماشين هاي مكانيكي را در مكانيزم لغزش بين دانه ها خواهد داشت. در خاك هاي درشت دانه به دليل اينكه ضخامت لايه آب جذبي نسبت به قطر دانه ها ناچيز است چنين مكانيزمي در مورد آنها برقرار نخواهد شد. 

هدف آزمايش تراكم بدست آوردن درصد رطوبت مناسب براي عمليات اجراي تراكم خاكريزي و مشخص كردن دانسيته مورد انتظار از عمليات كوبش در محل اجرا مي باشد. براي رسيدن به اين هدف لازم است تراكم آزمايشگاهي به گونه اي انتخاب شود كه تراكمي كه در آزمايش به خاك داده مي شود قابل مقايسه با تراكمي كه بوسيله ماشين آلات مورد استنفاده در كارگاه به خاك داده مي شود باشد. 
معمول ترين روش براي ارزيابي كيفيت تراكم صحرايي تعيين تراكم نسبي relative compaction است.تراكم نسبي RC به صورت زير تعريف مي شود.

Rc:تراكم نسبي نهشته كه به صورت درصد بيان مي شود.
Pmax:ماكزيمم دانسيته خشك آزمايشگاهي كه معمولا به يا با آزمايش تراكم استاندارد پروكتور و يا با آزمايش تراكم اصلاح شده پروكتور تعيين مي شود.
Pd: دانسيته خشك صحرايي در محل ساخت پروژه كه معمولا به روش مخروط ماسه تعيين ميشود.

معمولا ميزان تراكم نسبي بسته به نوع پروژه دارد و قوانين و آيين نامه ها مقدار آنرا تعيين مي كند.

در آزمايش تراكم استاندارد حجم قالب تراكم 944 سانتي متر مكعب و وزن چكش 24.4 نيوتن و ارتفاع سقوط چكش 31 سانتي متر است. روش آزمايش به اين ترتيب است كه خاك در درصد رطوبت مشخصي تهيه مي شود و در قالب متراكم مي شود و با ثبت جرم خاك درون قالب تراكم ، دانسيته مرطوب خاك بدست مي آيد. با دانستن ميزان رطوبت خاك درون قالب ، دانسيته خشك به راحتي محاسبه مي شود.اين عمل تراكم در ميزان رطوبت هاي متفاوتي تكرار مي شود و سپس دانسيته خشك در برابر ميزان رطوبت رسم مي شود تا منحني تراكم حاصل شود. كه نقطه ماكزيمم روي منحني ، ماكزيمم دانسيته خشك آزمايشگاهي نامگداري شده و ميزان رطوبت متناطر با نقطه ماكزيمم در منحني تراكم ، ميزان رطوبت بهينه نام دارد.

روش انجام آزمايش تراكم اصلاح شده شبيه تراكم استاندارد است اما ميزان انر‍ژي آن بيشتر است و خاك در 5 لايه در قالب تراكم ريخته شده و كوبيده مي شود.كه در اين حالت خاك در قالب تراكم 4 اينچي كه داراي حجم 1.3 فوت مكعب است متراكم مي شود تراكم اصلاح شده پروكتور داراي انرژي تراكم 2700 كيلونيوتن متر بر متر مكعب مي باشد.

تجهيزات مورد نياز

1-قالب پروكتور با صفحه زيرين و حلقه اتصال بالايي

2-چكش                                    3-وسيله اي براي بيرون آوردن نمونه

4-ترازوي حساس                          5-كاردك جهت تسطيح سطوح

6-بطري پخش آب                         7-وسايل مخلوط كردن خاك

8-ظرف هاي اندازه گيري رطوبت       9-گرمخانه

روش انجام آزمايش

1– نمونه خاك.اولين مرحله در آزمايش مخلوط كردن نمونه خاك است.نمونه خاك مورد استفاده معمولا نمونه دست خورده است.خاك نبايستي ذرات درشتي مثل شن درشت يا قلوه سنگ داشته باشد.بطور كلي خاك بايد از الك شماره 4 عبور كند. خاكي كه قبلا در آزمايشگاه براي آزمايش تراكم استفاده شده نبايد مجددا مورد استفاده قرار گيرد. براي تهيه نمونه ، خاك خشك شده در معرض هوا را با الك 4 الك كنيد. قبل از الك كردن كلوخه هاي خاك را خرد كنيد..

2-تهيه نمونه. با تجربه و قضاوت اغلب مي توان ميزان رطوبت بهينه خاك را تخمين زد . حداقل 4 نمونه خاك با ميزان رطوبت هاي متفاوت تهيه كنيد به نحوي كه ميزان رطوبت بهينه تخميني را قطع كنند(دو نمونه با ميزان رطوبت بهينه و دو نمونه با ميزان رطوبت كمتر از رطوبت بهينه).ميزان رطوبت بايد حدود 2 درصد تغيير يابند. بنابراين مثلا اگر ميزان رطوبت بهينه تخميني 17 درصد باشد،نمونه هايي با رطوبت هاي 14 و 16 و 18 و 20 مناسب است. براي بعضي خاك ها كه رطوبت بهينه بسيار بالايي را دارند يا منحني تراكم صافي دارند ميزان رطوبت ها مي توانند بيش از 2 درصد تغيير يابند.براي براي هريك از 4 نمونه خاك حدود 2.3 كيلوگرم خاك مورد نياز است . براي رسيدن به ميزان رطوبت  مورد نظر اگر رطوبت خاك كم است بايستي با افزودن آب مقطر به آن رطوبت خاك افزايش يابد. براي افزودن آب ،آنرا كم كم به سطح خاك بپاشيد وحين پاشيدن مخلوط كنيد.براي كاهش رطوبت اجازه دهيد تا در معرض هوا رطوبت خاك كم شود يا از گرمخانه جهت خشك كردن استفاده كنيد به نحوي كه دماي گرمخانه از 60 درجه سانتي گراد بيشتر نشود.سپس چهار نمونه خاك در ظرف نگهداري شده و بهتر است يك شب به حال خود رها شود تا رطوبت در تمام نمونه توزيع 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.

3– قالب تراکم . هریک از چهار نمونه خاک در قالب تراکم متراکم خواهد شد. تجهیزات تراکم شامل سه بخش است: صفحه زیرین ، قالب تراکم و حلقه اتصال بالایی . قالب و حلقه اتصال بالایی توسط پیچ هایی به صفحه زیرین متصل می شوند.قبل از متراکم کردن خاک با ترازو و وزن قالب خالی را اندازه بگیرید(M0)

سپس تجهيزات تراكم روي يك پي صلب قرار گرفته و به آن متصل مي شود.اين عمل بدين خاطر انجام مي شود كه حداكثر انرژي به خاك اعمال شود و در حين كوبيدن خاك بر اثر ارتعاش انرژي كمتر هدر رود.

4-متراكم ساختن نمونه خاك. يكي از نمونه هاي خاك را آورده و آنرا بايستي در 3 لايه (براي آزمايش تراكم اصلاح شده در 5 لايه ) متراكم كرد به نحوي كه ضخامت لايه ها بطور تقريبي يكسان باشد.براي هر لايه مقدار مناسبي از خاك را برداشته و آنرا درون قالب تراكم بريزيد و سطح آن را صاف كنيد.

  براي هر يك از 3 لايه (يا 5 لايه براي آزمايش اصلاح شده ) آنرا با 25 ضربه سقوط آزاد چكش بكوبيد.25 ضربه چكش بايد بصورت يكنواخت در همه جاي قالب وارد شود.

 بعد از اينكه لايه آخر هم با 24 ضربه چكش كوبيده شده ژايين تر از لبه بالايي قالب باشد، آنگاه نمونه بايستي تخريب شده و آزمايش با يك نمونه جديد تكرار شود.حلقه اتصال بالايي را باز كنيد.

 سطح خاك را با كاردك تمييز و صاف كنيد.

 سسپس قالب تراكم و خاك متراكم درون آن را با ترازو  وزن كنيد(Mf)

 5-ميزان رطوبت بعد از وزن كردن قالب و خاك ، خاك متراكم شده را از درون قالب بيرون بياوريد.

و حدود 500 گرم از آن را براي تعيين ميزان رطوبت بكار ببريد.(ابتدا ظرف خالي نمونه را وزن كنيد.سپس خاك را درون نمونه بريزيد و وزن خاك+ ظرف را تعيين كنيد وآنرا در گرمخانه بگذاريد و بعد از 16 تا 24 ساعت آنرا از داخل گرمخانه بيرون بياوريد و مجددا خاك +ظرف را وزن كنيد).

6-تراكم سه نمونه ديگر . بعد از اينكه نمونه به درستي متراكم شده و تمام ، مراحل 4 و 5 را براي 3 نمونه ديگر تكرار كنيد.

محاسبات :

نمودار درصد رطوبت در مقابل دانسيته خشك حاصل ترسيم شده و درصد رطوبت بهينه و ماكزيمم دانسيته خشك آزمايشگاهي به دست خواهد آمد. منحني هواي صفر نيز بايستي روي نمودار رسم شود . اگر بعد از رسم كردن منحني ، نقطه ماكزيمم مشخصي نتوان پيدا كرد يا همه نقاط در يك سمت منحني تراكم واقع شده اند ، نمونه هاي ديگري از خاك با ميزان رطوبت هاي مختلف بايستي مجددا آزمايش شوند.

خطاهاي معمول :

1- قسمت هايي كه خاك با ذرات خشك ( مثلا رطوبت به اندازه كافي در كل نمونه مخلوط نشده باشد)
2-خاك براي نقطه هاي متعددي روي منحني تراكم ،مجددا استفاده شده باشد. بعضي خاكها نسبت به تراكم مجدد بسيار تاثيرپذيرند بنابراين توصيه مي شود كه در هر آزمايش نمونه هاي جديد استفاده شود.تراكم مجدد ممكن است باعث افزايش وزن مخصوص خشك ماكزيمم و كاهش رطوبت بهينه شود.
3-نقاط كافي براي تعيين منحني تراكم موجود نباشد.معمولا 5 نقطه براي تعيين منحني تراكم كافي است..
4-پي مناسب براي قالب تراكم

5-حجم نادرست قالب تراكم 
6- متراكم كننده مكانيكي به درستي كاليبره نشده باشد.
7- درست ضربه نزدن شخص آزمايش كننده 
8-ميزان رطوبت بيان كننده رطوبت تمام قسمت هاي خاك نباشد.

 لینک دانلود pdf آزمایش تراکم:

گردآورندگان: مهندس میلاد مصرآبادی (کارشناس ارشد ژئوتکنیک دانشگاه بین المللی امام خمینی)

                      مهندس کیمیا سبزه پرور( کارشناس ارشد ژئوتکنیک دانشگاه بین المللی امام خمینی)