حدود اتربرگ چیست؟

 

دوستان عزیز شاید در ارایه برخی از مطالب به دلایل مختلف مثل تلاش برای تخلیص و کوتاه کردن مطلب و نیز عدم توانایی من در ارایه مطلبی روان برای شما ایجاد مشکل کرده باشم و یا در مطالب قبلی به برخی از آزمایش ها اشاره شد باشد که باز کدرن و بسط آنها را به شما واگذار کرده ام،  برای نمونه در مطلب قبلی آزمایش حدود اتربرگ اشاره شد و در این بخش آن را ارایه می کنم و در پایان لینک آن را نیز آورده ام .

بی تردید در ارتباط با مطالبی که تا کنون ارایه شده واژه های متعارف یا غیر متعارف و مفاهیم مختلف اشاره شده است اگر آن واژه یا مطلب برای شما نا مفهوم بود ممکن است به دلایل اشاره شده باشد ،  در این صورت شما می توانید به دو صورت عمل کنید یا آن واژه و مفاهیم مرتبط را در اینترنت جستجو کنید یا به من ایمیل بزنید و در حد توان سعی خواهم کرد به سوالات شما پاسخ دهم و یا با جمع آوری و ارسال مطالب درخواستی راه رسیدن به سوالات را به شما نشان دهم.

بی تردید با همکاری شما این خدمت کوچک مسیری بزرگ را به روی من خواهد گشود

ارادتمند شما- شریعتی

برگ خاک شناس سوئدی برای بیان پلاستیسیته و حدود چسبندگی خاک و تغییرات آن بر حسب مقدار آب و همچنین بررسی خواص و رفتار مهندسی رس ها و تعیین میزان رطوبت پلاستیسیته خاک و آبگیری خاک حدودی را مطرح نموده است . حدود اتربرگ شامل دو حد است :

1 – حد روانی (‌Liquid Limit )

2 – حد خمیری ( Plastic Limit )

آزمایشات تعیین حدّ خمیری و روانی جزو نخستین مراحل آزمایشات مکانیک خاک بوده و به عنوان مطالعات اولیّه در محلّ احداث سازه صورت می گیرد .

موقعیت نسبی حدود اتربرگ : این حدود تعیین می کند که خاک ریزدانه بر حسب درصد رطوبت می تواند در یکی از حالت های جامد ، نیمه جامد ، خمیری و مایع باشد  ، یعنی خاک ریز دانه (‌ خاک هایی که بیش از 50 درصد وزن ذرّات آن از الک شماره 200 عبور کند جزء خاک های ریزدانه محسوب می شود – در همین گزارش در مورد انواع الک ها توضیح داده می شود ).

  حد روانی : مرز بین حالت خمیری و حالت مایع است و درصد رطوبتی است که خاک در آن مقاومت برشی کمی دارد یابه عبارت دیگر در آن درصد رطوبت ، نمونه در آستانه روان شدن است ، حدّ روانی انتهای محدوده خمیری و شکل پذیری است .

حد خمیری :‌ درصد رطوبتی است که در آن درصد رطوبت ، نمونه در آستانه خمیری شدن یا شکل پذیری است ، به عبارت دیگر حدّ واسط بین حالت خمیری و نیمه جامد است .

البته حد دیگری نیز وجود دارد که کمتر مورد استفاده قرار می گیرد و آن حد انقباض است ، حد انقباض عبارت است از درصد رطوبتی که در صورت کاهش رطوبت پس از ان حد ، نمونه کاهش حجم نخواهد داشت .

نکته :‌ از مسئول آزمایشگاه مکانیک خاک نکته ای جالب در مورد اندیس خمیری یا PIشنیدم که بد ندانستم آن را در این نوشته یاد آوری کنم ، ‍PI معیاری برای طبقه بندی خاک است که
از رابطه زیر به دست می آید :

PI=LL-PL

آزمایش حدّ روانی :‌

2 - 1 وسایل لازم :‌

1- شیار زن

 2 - دستگاه کاساگرانده : فردی به نام کاساگرانده برای تعیین حد روانی دستگاهی به نام خودش اختراع کرد (‌نکته جانبی : CasaGrande به زبان ایتالیایی یعنی « بزرگترین خانه » ، خانه = Casa و بزرگترین=Grande)، این دستگاه شامل سه قسمت عمده است : 1 – کاسه برنجی که نمونه خاک در آن قرار می گیرد . 2- دستگیره برای بالاکشیدن و رها کردن(‌ضربه زدن ) به کاسه برنجی و در نتیجه نمونه خاک . 3 – شماره انداز که تعداد ضربات را می شمارد .

با چرخش دستگیره بر خلاف عقربه ساعت کاسه برنجی به اندازه یک سانتی متر بالا برده می شود و سپس در یک حرکت سقوط آزاد رها می شود که به وسیله شمارشگر تعداد این رفت و برگشت ها ثبت می شود . در واقع کاساگرانده کیفیّت خاک را به کمّیّت تبدیل می کند . یعنی از ظاهر خاک چگونگی آن را مشخّص می کند .

3 – کاردک

4 – ظروف مقاوم در برابر حرارت

5 – الک نمره 40

6 – آون (‌گرمخانه )‌ .

بی شک به نظر ما می رسد که الک 40 چیست و چه نوع خاکی و با چه دانه بندی ای را باید مورد آزمایش قرار دهیم ، اصلا الک ها با چه معیاری طبقه بندی می شوند؟ به همین منظور نیاز به آن داریم که با انواع الک ها آشنا شویم .

انواع الک ها ،‌ تقسیم بندی و اصطلاحات مربوط :

ابتدایی ترین چیزی که باید در مورد الک ها بدانیم چشمه الک است ، اگر شبکه توری های فولادی الک ها را به صورت مجموعه ای از مربّع ها در نظر بگیریم کوچکترین مربّع ، چشمه الک است ، به عبارت دیگر مدول و سلول اولیه یک الک چشمه آن الک است . الک ها بر اساس اندازه چشمه شان تقسیم بندی می شوند : ( علامت ’’نشان دهنده اینچ است )

3’’- 2 ½’’ - 2’’- 1 ½’’ - 1’’- ¾’’ - ½’’ – 3/8’’

سری اول الک ها شامل 8 الک است و با الک 3 اینچ شروع و با الک 8/3 تمام می شود. اینچ ، ابعاد چشمه هاست .
به عنوان مثال وقتی می گوییم الک 1’’ یعنی هر چشمه آن مربّعی به ابعاد یک اینچ در یک اینچ است .

اما پس از الک 8/3 ، اندازه چشمه ها به قدری کوچک می شود که اگر بخواهیم آنها را به صورت کسری بیان کنیم صورت جالبی ندارد ، به همین دلیل از عدد خاصّی به عنوان عدد مش استفاده می کنیم که برای بهتر نام گذاری کردن الک ها به ما کمک می کند .

عدد مش : تعداد تقسیم بندی در یک اینچ طول شبکه فولادی الک را عدد مش گویند .

بر اساس همین عدد مش ، بقیه الک ها نیز طبقه بندی می شوند ، آنها عبارتند از :‌

#4,#8,#10,#16,#20,#30,#40,#50,#60,#80,#100,#200

خوب است بدانیم که از الک 3’’ تا الک 3/8’’ برای خاک درشت دانه یعنی شن است ، الک #4 الک بسیار مهمی است چون مرز بین شن (‌درشت دانه ) و ماسه (‌ریزدانه ) است ، یعنی اگر نمونه خاک از الک نمره 4 رد شود ، ماسه رس و لای است(‌ریزدانه ) و اگر روی آن بماند شن است . برای یافتن ماسه از الک های نمره 4 تا 200 می توان استفاده کرد ، ضمنا الک #200 نیز الک بسیار مهمی است ، هر نمونه خاکی که از الک شماره 200رد شود رس و لای است ، نام دیگر الک نمره 200 الک ى75 است یعنی ابعاد چشمه های آن 75 هزارم میلی متر است .

2 – 2 روش انجام آزمایش حد روانی
بر روی نمونه خاک :

آزمایش حد روانی خود به چند روش انجام می شود:

1- روش خشک به تر 2- روش تر به خشک

به علاوه سه راه برای به دست آوردن حد روانی وجود دارد که عبارتند از :‌

1- روش اول : یک بار انجام آزمایش + فرمول

2 – روش دوم : سه بار انجام آزمایش + نمودار ، این روش گرانتر از روش قبلی است اما دقت آن به مراتب بیشتر است .

3 – روش سوم : پنج بار انجام آزمایش + نمودار ، این روش کمی گرانتر از روش قبلی است اما دقتش بیشتر است .

پس از آشنایی مقدماتی با الک ها و انواع روش های انجام آزمایش باز می گردیم به خود آزمایش ، اولین کاری که باید
انجام دهیم این است که مقداری خاک بر داریم و از الک نمره 40 رد کنیم ، انقدر الک می کنیم تا مقدار رد شده از الک به 250 گرم برسد .

ما در آزمایش خود از روش خشک به تر استفاده کردیم ، یعنی نمونه ما از حد روانی به حد خمیری رسید و در هر مرحله ، ما با ورز دادن نمونه ، آب آن را می گرفتیم . ما در آزمایش خود از روش دوم استفاده کردیم ، یعنی سه بار آزمایش را انجام دادیم و سپس با رسم نمودار و به دست آوردن معادله خط برازش (‌ نحوه رسم نمودار در همین نوشته توضیح داده خواهد شد ) ، حد روانی را بدست آوردیم . به همین دلیل ما سه عدد ظرف چینی برای سه نمونه خاک مرطوب جهت حد روانی و البته یک ظرف چینی دیگر در انتها برای به دست آوردن حد خمیری نیاز داریم ، پیش از انجام ازمایش تک تک ظروف را وزن می کنیم .

خوب 250 گرم خاک الک شده را در یک ظرف فلزی می ریزیم و خوب روی سطح آن پراکنده می کنیم ، به وسیله آب پاش روی سطح خاک انقدر آب می ریزیم تا تمام سطح آن براق شود، سپس با کاردک شروع به ورز دادن خاک درون ظرف می کنیم ، آنقدر ورز می دهیم تا رطوبت به صورت یکنواخت در تمام قسمت های نمونه خاک پخش شود . حال نمونه آماده است تا درون کاسه برنجی دستگاه کاساگرانده قرار گیرد ، باید در نظرداشته باشیم که فاصله زیادی نباید بین ورز دادن خاک مرطوب و ریختن آن درون کاسه برنجی به وجود بیاید .

پس از ورز دادن ، نمونه خاک کاساگرانده را برمی داریم و با کاردک به اندازه 10 میلیمتر از نمونه خاک مرطوب ، درون کاسه پر می کنیم . به عبارت دیگر لازم نیست کاسه برنجی کاملا پر شود ، باید به گونه ای نمونه خاک ، درون آن ریخته شود که عمق عمیق ترین نقطه 10 میلی متر باشد . این نمونه خاک ، اولین نمونه خاک آزمایش است و یکی از سه نمونه ای است که ما قصد داریم حد روانی آن را حساب کنیم .

باید سعی کنیم که خاک درون کاسه یکنواخت پخش شده باشد و تو رفتگی و بیرون آمدگی نداشته باشد . حال نوبت آن می رسد که از شیار زن استفاده کنیم ، از قسمت ذوزنقه ای شکل شیارزن که حدود 2 میلی متر پهنا دارد از بالا به پایین و از وسط بر روی نمونه خاک درون کاسه برنجی شیار می زنیم ، در مرحله بعد شروع می کنیم با سرعت دورانی 2 دور در ثانیه در جهت مخالف عقربه های ساعت دستگیره را می چرخانیم ‌خواهیم دید که کاسه مرتبا بالا و پایین می رود و به تدریج شیار به وجود آمده بر اثر شیارزن از بین می رود و فاصله بین دو سطح جدا شده ، کم می شود و در نهایت در قسمت هایی از کاسه دو سطح به هم می پیوندند ، هر گاه طول سطح مشترک دو قسمت شیار خورده به نیم اینچ رسید چرخاندن را متوقف می کنیم ، شکلی که می بینید به خوبی این سه مرحله را نشان می دهد .

برای راحتی بیشتر در قسمت انتهایی شیارزن مکعب مستطیلی قرار داده شده است که طول آن نیم اینچ است ، ضمنا حرکت شیار زن رفتی یا برگشتی است یعنی یا رفتی است یا برگشتی و رفت و برگشتی نیست . نکات دیگری که هنگام شیار زدن باید در نظر داشته باشیم این است که اگر پس از شیار زدن کف کاسه برنجی دیده نشد دوباره خاک را یکنواخت می کنیم و دوباره شیار می زنیم .

حال بازمی گردیم به آزمایش خودمان ، حال که سطح مشترک بین دو خاک نیم اینچ شد ، تعداد ضربات را یادداشت می کنیم و نمونه خاک مرطوب درون کاسه را برداشته و درون ظرف چینی می گذاریم ، همانطور که قبلا نیز ذکر شد وزن قوطی خالی یادداشت شده است ، حال وزن قوطی + نمونه خاک مرطوب را نیز یادداشت می کنیم ، شماره قوطی اول را نیز یاداشت می کنیم تا در انتهای آزمایش بتوانیم آنها را در جدول مربوط به آزمایش نمایش دهیم ، این ارقام و اطلاعات برای به دست آوردن حد روانی و درصد رطوبت بسیار مهم است . بعد از اینکه اولین نمونه خاک را درون ظرف چینی گذاشتیم آن را درون آون می گذاریم تا حدود 20 ساعت در درجه حرارت 105 درجه سانتیگراد بماند تا رطوبتش را کاملا از دست بدهد .

باقی مانده 250 گرم خاک اولیه را دوباره ورز میدهیم و همانند مرحله قبل درون کاسه برنجی ریخته و شیار می زنیم و سپس دستگیره را چرخانده تا سطح مشترک بین دو سطح شیار خورده به نیم اینچ برسد ، در این لحظه تعداد ضربات را یادداشت می کنیم ، نام قوطی ای که برای دومین نمونه آزمایش در نظر گرفته شده است را یادداشت می کنیم و وزن قوطی + نمونه مرطوب را نیز یادداشت می کنیم و سپس همانند مرحله قبل آن را درون آون قرار می دهیم .

برای سومین بار آزمایش حد روانی را انجام می دهیم ، باقیمانده همان نمونه خاک 250 گرمی اولیه که دو بار از آن مقادیری برداشته شده را دوباره ورز می دهیم و دوباره همانطور که پیش از این ذکر شد آن را درون کاسه برنجی می ریزیم و شیار می زنیم و دستگیره را می چرخانیم تا سطح مشترک به نیم اینچ برسد و آن را درون ظرف چینی سوم می ریزیم ، باز هم نام قوطی سوم ، تعداد ضربات ، وزن قوطی خالی + نمونه خاک مرطوب سوم را یادداشت می کنیم و سپس آن را درون آون قرار می دهیم .

باید توجه داشته باشیم که تمام این مراحل باید پشت سر هم انجام شود و هیچگونه وقفه عمده ای نباید در بین این سه مرحله و مراحل جزیی تر درون آنها صورت بگیرد ،‌ چون در این صورت جواب دلخواه را از آزمایش به دست نخواهیم آورد .

نکاتی را نیز باید در نظر داشته باشیم :

1 - ضربات قابل قبول حدود 15 تا 35 ضربه و حتی گاهی 40 ضربه است ، یعنی 5 یا 41 ضربه معتبر نیستند .

2- شرط دوم این است که فاصله بین ضربات متوالی در سه آزمایش باید حداقل 10 ضربه باشد ، یعنی اگر اولی با 16 ضربه به نیم اینچ رسید دومین نمونه باید حداقل با 26 ضربه به نیم اینچ برسد .

حال پس از این سه مرحله آزمایش حد روانی ، مقدار ی خاک برای ما مانده است ، برای به دست آوردن حد خمیری مقداری از این خاک باقیمانده به اندازه یک دانه فندق را برداشته و بر روی یک شیشه شروع به فتیله کردن می کنیم ، هنگامی که مدتی از فیتیله کردن آن گذشت ،‌ با کاردک به اندازه کف دست از آن برمی داریم و مابقی دو طرف را در گوشه ای از شیشه می گذاریم . مقداری که به اندازه کف دست بریده بودیم را دوباره فتیله می کنیم و دومرتبه به اندازه کف دست از آن می بریم و مابقی را در گوشه شیشه می گذاریم و این کار را آنقدر ادامه می دهیم تا قطر فتیله به 2. 3 میلی متر (‌ به اندازه مغزی بیک ) برسد و در آن ضخامت ترک بخورد . اگر ترک خورد که همین درصد رطوبت حد خمیری نمونه است و با به دست آوردن درصد رطوبت نمونه طبق رابطه ای که گفته خواهد شد حد خمیری آن بدست می آید . اگر هم با رسیدن به این قطر ترک در آن ایجاد نشد تکه هایی که قبلا کنار گذاشته بودیم را به علاوه این قسمت آخری می کنیم و دوباره همه را با هم ورز داده و عمل بریدن به اندازه کف دست و کنار گذاشتن را آنقدر ادامه می دهیم تا در ضخامت 2 . 3 میلی متر دچار ترک های مویین شود . وقتی دچار ترک مویین شد ،‌ آخرین تکه خاکی که دچار ترک شده را درون قوطی چهارم می گذاریم و آن را به همراه سه قوطی دیگر درون آون می گذاریم ، 16 الی 20 ساعت آنها را حدود 105 الی 110 درجه سانتیگراد حرارت می دهیم و پس از خشک شدن ، آنها را از آون بیرون می آوریم و وزن قوطی + نمونه خشک را برای هر یک از چهار قوطی حساب می کنیم . رابطه زیر به ما نشان می دهد که چگونه درصد رطوبت که مهم ترین شاخص در آزمایش حدود اتربرگ است را برای هر نمونه محاسبه کنیم :

بدین ترتیب به مرحله رسم نمودار می رسیم ، با داشتن تعداد ضربات سه مرحله آزمایش حد روانی و در صد رطوبت مربوط به هر مرحله طبق رابطه مذکور ، شروع به رسم نموداری نیمه لگاریتمی می کنیم ، نموداری که در آن تعداد ضربات به صورت لگاریتمی است . محور افقی تعداد ضربات و محور عمودی آن درصد رطوبت را نشان می دهد .

سه نقطه رسم می شود ، حال خطی رسم می کنیم که بیشترین شباهت را به منحنی ای دارد که از این سه نقطه می گذرد ،‌این خط ،‌خط برازش نام دارد . معادله این خط را نیز به دست می آوریم . حال به جای تعداد ضربه در معادله، عدد 25 را می گذاریم و درصد رطوبتی که به دست می آید همان درصد رطوبت مطلوب ما یعنی حد روانی نمونه خاک است .

این درصد رطوبت که از 25 ضربه به دست می آید و حد روانی نام دارد در پروژه های مهندسی و طراحی فنداسیون ها کاربرد فراوان دارد .

برای به دست آوردن حد خمیری کافی است درصد رطوبت را برای نمونه خاک قوطی چهارم به دست آوریم ، آن درصد رطوبت حد خمیری نمونه است ، ضمنا هنگامی که در آزمایش حد روانی تعداد ضربات به حدود 35 ضربه رسید آخر حد روانی و ابتدای حد خمیری است.

 

لینک  دانلود

http://wdl.persiangig.com/pages/download/?dl=http://mahab.persiangig.com/solid-mechanic/hodude-Eterbeg.pdf

/ 0 نظر / 33 بازدید